Wafer-scale bio/nano filament assembly for chem/bio sensors

用于化学/生物传感器的晶圆级生物/纳米丝组件

基本信息

  • 批准号:
    0510212
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-07-15 至 2008-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

150 WORD PROJECT SUMMARYA major challenge in nanotechnology is wafer-scale assembly of nano/bio molecules with the high packing density Understanding and modeling the mechanics of the cell is one of the major challengesin current nanotechnology.. A composite electric field and the forces induced on molecules to achieve their assembly, will be will be analyzed with the inmmersedImmersed FEM method. Imaging methods will be accompaniedcombinedused to investigate the assembly results. , and yet probably most rewarding, tasks of the present centurynext few decades. The task is complex, for the mechanical behavior emerges through an interaction of a hierarchy of scales, and it is essential for models to reflect these scales so that they can eventually become "first-principles" models that enable predictions of a large variety of mechanical behavior. The intellectual merits will beare the following3D simulation tools to be developed will span three scaless: (1) wafer-scale assembly of nano/bio molecules; (2) mechanics of bio-filament suspensions; and development of imaging tools to enable imaging by for SEM,, AFTEM, and AFM; (3) development of modeling simulation tools for assembly process modeling; and (4) understanding of electric field driven forces. coarse-grained models of the entire cell. An hierarchical modeling approach will be taken bewhere: a) material properties of bio-filaments will be passed from the atomic scale to the bio-filament suspension scale, and b) the effective properties of the active cell material will be passed on to the continuum scale simulations of cell migration by coarse graining the bio-filament suspension simulations. Concurrent multiscale coupling schemes will be developed at two levels: a) . Although information will be transferred between the scales primarily by passing property information, concurrent coupling schemes linking continuum mechanics to molecular mechanics will be developed that enable direct coupling of atomistic motions to biofiber properties in some applications, and b) a new hybrid simulation scheme that solves the continuum equations for cell motion and concurrently resolves the local cytoskeletal structure by performing bio-filament suspension simulations.Individual molecular devices will be developed and tested foras bio/chemical sensors.A novel NEMS device to measure cellular forces, being fabricated in our group, will be used for the measurements of traction forces and the simultaneous imaging of the fibrous structure of the cell. This will initiate the development of molecular scale bio/chemical sensors in a massthat ultimately could be mass-producedproducible way. the simulation of cell motility.. Also, at a larger scale, we will develop new models to obtain coarse-grained active stresses from mechanical models of bio-filament suspensions, thereby accounting for bio-fluid-structure effects, electrostatic interactions, thermal behavior and polymerization and depolymerization.
150字项目摘要纳米技术的一个主要挑战是纳米/生物分子的晶圆级组装,具有高堆积密度理解和建模细胞的力学是当前纳米技术的主要挑战之一。将用浸没有限元法分析复合电场和分子组装所产生的力。将结合成像方法来研究组装结果。然而,可能是最有价值的,本世纪未来几十年的任务。这项任务是复杂的,因为机械行为是通过一系列尺度的相互作用而出现的,模型必须反映这些尺度,以便它们最终成为能够预测各种机械行为的“第一原理”模型。智力上的优点将是以下3D模拟工具将被开发将跨越三个尺度:(1)纳米/生物分子的晶片级组装;(2)生物丝悬浮的力学;和成像工具的开发,使扫描电镜,AFTEM和AFM成像;(3)建模模拟工具的开发,用于组装过程建模;和(4)电场驱动力的理解。整个细胞的粗粒度模型。将采用分层建模方法,其中:a)生物丝的材料性质将从原子尺度传递到生物丝悬浮尺度,以及B)活性细胞材料的有效性质将通过粗粒化生物丝悬浮模拟传递到细胞迁移的连续尺度模拟。并行多尺度耦合方案将在两个层次上开发:a)。 虽然信息将主要通过传递属性信息在尺度之间传递,但将开发将连续介质力学与分子力学链接的并发耦合方案,其在某些应用中能够将原子运动直接耦合到生物纤维属性,和B)一种新的混合模拟方案,该方案求解细胞运动的连续方程,并通过执行生物模拟同时求解局部细胞骨架结构。细丝悬浮模拟。单个分子器件将被开发和测试作为生物/化学传感器。一种新型的NEMS装置来测量细胞力,在我们的小组中制造,将用于测量牵引力和细胞纤维结构的同时成像。这将启动分子尺度生物/化学传感器的发展,最终可以大规模生产。细胞运动的模拟 此外,在更大的尺度上,我们将开发新的模型,以获得粗粒度的主动应力从生物丝悬浮液的力学模型,从而占生物流体结构的影响,静电相互作用,热行为和聚合和解聚。

项目成果

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