Rational Self-Assembly of Ordered Nanoparticle Composites using DNA Interactions

利用 DNA 相互作用合理自组装有序纳米粒子复合材料

基本信息

  • 批准号:
    0829045
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-10-01 至 2010-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CBET-0829045SinnoIntellectual Merit: This combined computational and experimental project is focused on the engineering of ordered nano-particle composites whose self-assembly is driven by reversible DNA bridges between particles. The creation of ordered arrays of metallic or semiconductor nanoparticles promises to enable new materials, called metamaterials, having truly unique and useful optical and electronic properties. Current approaches to such nano-particle assembly using screened coulomb and steric interactions depend sensitively on details of the particles? chemistry and size. In contrast, DNA-directed assembly allows the engineering of a matrix of specific attractive interactions among multiple nano-particle species, with the interaction strength and range controlled by DNA sequence alone. This project will specifically address the following two principal research aims. The first aim is to map out the expected equilibrium phase behavior of two component nano-particle suspensions as a function of the relative binding strengths and radii of the two components. The second aim is to elucidate the role that nucleation and growth kinetics play in limiting the accessible nano-composite structures and achievable defect densities. In both aims, detailed simulations will provide a broad survey of accessible phases; selected structures subsequently will be realized experimentally. Concurrent with these activities, new tools will be developed both for more accurate simulation (Monte Carlo with correlated moves) and experiment (super-resolution microscopy for nanostructural characterization). Using these components, this effort will lead to a DNA-based self-assembly scheme to enable the cook-book fabrication of ordered nanoparticle composites, where the crystal structures formed are determined by DNA sequence and geometry rather than particle chemistry. Broader Impacts: Metamaterials, especially those with properties such as a negative index of refraction are expected to find applications in future photonic and plasmonic circuitry, as well as super resolution microscopy. The aim of this project is to lay down fundamental principles for rationally designing such materials. The new tools developed as part of this project should have broad applicability well beyond the immediate scope of the specific investigations outlined here.This interdisciplinary project will provide ample opportunities for student training at both the graduate and undergraduate levels. Both of the graduate students involved in this project will expected to be actively involved in both the computational and experimental facets, which we believe is relatively easy to realize given the history of collaboration between the Crocker and Sinno research groups. Students will be exposed to a state-of-the-art toolkit which includes nano particle functionalization, advanced microscopy and numerical modeling techniques. Moreover, the rich, visual nature of the simulation and experimental data and their potential application in remarkable technology e.g. invisibility will facilitate outreach efforts to high-school students in the Philadelphia public schools and convey the excitement of scientific research.
CBET-0829045SInnoIntelligence优点:这个计算和实验相结合的项目专注于有序纳米颗粒复合材料的工程设计,其自组装由颗粒之间的可逆DNA桥驱动。金属或半导体纳米颗粒有序阵列的创建有望使被称为超材料的新材料具有真正独特和有用的光学和电子性能。目前使用屏蔽库仑和空间相互作用来组装这种纳米粒子的方法敏感地依赖于粒子的细节?化学反应和体型。相比之下,DNA指导的组装允许在多个纳米粒子物种之间设计出一组特定的有吸引力的相互作用矩阵,相互作用的强度和范围仅由DNA序列控制。该项目将具体解决以下两个主要研究目标。第一个目标是绘制出两组分纳米颗粒悬浮液的预期平衡相行为作为两组分的相对结合强度和半径的函数。第二个目的是阐明成核和生长动力学在限制可获得的纳米复合结构和可实现的缺陷密度方面所起的作用。在这两个目标中,详细的模拟将提供对可达阶段的广泛调查;随后将在实验中实现选定的结构。在这些活动的同时,将开发新的工具来进行更准确的模拟(蒙特卡罗相关运动)和实验(用于纳米结构表征的超分辨率显微镜)。使用这些组件,这项工作将导致基于DNA的自组装方案,使有序纳米颗粒复合材料的制作成为可能,其中形成的晶体结构由DNA序列和几何而不是粒子化学决定。更广泛的影响:超材料,特别是那些具有负折射率等特性的材料,预计将在未来的光子和等离子电路以及超分辨率显微镜中得到应用。该项目的目的是为合理设计此类材料制定基本原则。作为这一项目的一部分开发的新工具应该具有广泛的适用性,远远超出这里概述的具体调查的直接范围。这一跨学科项目将为研究生和本科生提供充足的培训机会。参与这个项目的两名研究生都将积极参与计算和实验方面的工作,我们认为,考虑到克罗克和辛诺研究小组之间的合作历史,这是相对容易实现的。学生将接触到最先进的工具包,其中包括纳米粒子功能化、先进的显微镜和数值建模技术。此外,模拟和实验数据的丰富、可视性质及其在诸如隐身等卓越技术中的潜在应用将促进费城公立学校的高中生的外联工作,并传达科学研究的兴奋。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Talid Sinno其他文献

Configurational entropy significantly influences point defect thermodynamics and diffusion in crystalline silicon
构型熵显着影响晶体硅中的点缺陷热力学和扩散
  • DOI:
    10.1103/physrevmaterials.6.064603
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Jinping Luo;Chenyang Zhou;Yunjie Cheng;Qihang Li;Lijun Liu;Jack F. Douglas;Talid Sinno
  • 通讯作者:
    Talid Sinno

Talid Sinno的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Talid Sinno', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Atomic Displacement Engineering of Post-epitaxial Thin-films (ADEPT)
合作研究:外延后薄膜原子位移工程(ADEPT)
  • 批准号:
    1808065
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CDS&E: Collaborative Research: Data-Driven Predictive Modeling of Flows Containing Aggregating Particles
CDS
  • 批准号:
    1404826
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Large-Scale Patterning of Germanium Quantum Dots by Stress Transfer
合作研究:通过应力传递实现锗量子点的大规模图案化
  • 批准号:
    1068841
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Proposal: Low-Cost Substrates for III-V Photovoltaics by Self-Templated Selective Epitaxial Growth of Germanium on Silicon
合作提案:通过硅上锗的自模板选择性外延生长实现低成本 III-V 光伏衬底
  • 批准号:
    0907365
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multiscale Modeling, Optimization, and Control of Microstructural Evolution
微观结构演化的多尺度建模、优化和控制
  • 批准号:
    0730971
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NIRT: Directed Assembly of Nanostructures: Theory, Simulations, and Experiments in Hard and Soft Materials
NIRT:纳米结构的定向组装:硬材料和软材料的理论、模拟和实验
  • 批准号:
    0404259
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Systematic Multiscale Modeling of Directed Assembly in Semiconductor Materials Processing
职业:半导体材料加工中定向组装的系统多尺度建模
  • 批准号:
    0134418
  • 财政年份:
    2002
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

Self-DNA介导的CD4+组织驻留记忆T细胞(Trm)分化异常在狼疮肾炎发病中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82371813
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于受体识别和转运整合的self-DNA诱导采后桃果实抗病反应的机理研究
  • 批准号:
    32302161
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于广义测量的多体量子态self-test的实验研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Self-shrinkers的刚性及相关问题
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于Self-peptide和Fe5C2构建的高敏感MR分子探针对肿瘤血管的MR靶向成像研究
  • 批准号:
    81501521
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
平均曲率流中非紧Self-shrinkers的结构
  • 批准号:
    11301190
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
2维伪欧氏空间下平均曲率流中Self-shrinker问题的研究
  • 批准号:
    11126152
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
晶态桥联聚倍半硅氧烷的自导向组装(self-directed assembly)及其发光性能
  • 批准号:
    21171046
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    55.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
成束蛋白Fascin1在肺癌"self-seeding"过程中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81001041
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
工业用腈水合酶全新蛋白质翻译后调节体系self-subunit swapping的研究
  • 批准号:
    31070711
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: FET: Small: Algorithmic Self-Assembly with Crisscross Slats
合作研究:FET:小型:十字交叉板条的算法自组装
  • 批准号:
    2329908
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Targeted ablation of cerebral atherosclerosis using supramolecular self-assembly
利用超分子自组装靶向消融脑动脉粥样硬化
  • 批准号:
    24K21101
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Deciphering and Directing Hierarchical Self-Assembly in Hybrid Chiral Films
破译和指导混合手性薄膜中的分层自组装
  • 批准号:
    2344586
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Understanding and engineering geometrically frustrated self-assembly
理解和设计几何受阻的自组装
  • 批准号:
    2349818
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
BMAT: Self-assembly of extensin glycoproteins for designing novel plant-based biopolymers
BMAT:用于设计新型植物生物聚合物的延伸蛋白自组装
  • 批准号:
    2337227
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Solid-state molecular motion, reversible covalent-bond formation, and self-assembly for controlling thermal expansion behavior
职业:固态分子运动、可逆共价键形成以及用于控制热膨胀行为的自组装
  • 批准号:
    2411677
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Chirality-Driven Self-Assembly of Dual Catalytic Dendrimers: Application Toward One-Pot Tandem Reactions
双催化树枝状聚合物的手性驱动自组装:一锅串联反应的应用
  • 批准号:
    2426644
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FET: Small: Algorithmic Self-Assembly with Crisscross Slats
合作研究:FET:小型:十字交叉板条的算法自组装
  • 批准号:
    2329909
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Molecular Simulations of Additive Self-Assembly, Rheology, and Surface Adsorption in Complex Fluids
复杂流体中添加剂自组装、流变学和表面吸附的分子模拟
  • 批准号:
    2901619
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Studentship
AF: Small: Verification Complexities of Self-Assembly Systems
AF:小:自组装系统的验证复杂性
  • 批准号:
    2329918
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了