CAREER: Novel Voltage-gated Solid State Nanopore Technologies Resembling Natural Ion Channel Proteins

职业:类似于天然离子通道蛋白的新型电压门控固态纳米孔技术

基本信息

  • 批准号:
    1150024
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-03-01 至 2018-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this program is to recreate the functionality of a natural ion channel using a solid-state nanopore. Natural ion channels are limited to narrow ranges of temperature and pH, limiting their usability for biosensing applications which are now emerging. Replacing natural ion channels with electrostatically controllable solid-state nanopores enables operation of biosensors in a wide range of environmental conditions. The transformative aspect of the project is the ability to create a channel that is reconfigurable via electric fields generated through an arrangement of embedded electrodes in a particular geometry at the nanoscale level. Combined with the use of electroactive polymers which enable the amplification of the nanopore on/off ratio, the proposed platform will be universal and not limited to one particular application.The intellectual merit is the ability to perform fundamental studies of ionic and molecular translocation through a nanopore, helping to gain insight into how permeation can be controlled on the nanoscale. Using electrostatic fields inside the nanopore, molecules can be temporarily docked and released, allowing reconfigurable and reusable sensors.The broader impacts are on molecular filtration, biosensing, and localized drug release and thus potentially improve society at large. The proposed transdisciplinary research will be integrated as an emerging technology into the graduate and undergraduate curriculum. The proposed middle and high school outreach program modules will expose students to critical physical concepts underlying the proposed research, including electric fields, surface tension and low noise electronics.
该计划的目的是使用固态纳米孔重建天然离子通道的功能。天然离子通道限于狭窄的温度和pH范围,限制了它们用于现在新兴的生物传感应用的可用性。用静电可控的固态纳米孔取代天然离子通道使得生物传感器能够在广泛的环境条件下操作。该项目的变革方面是能够创建一个通道,该通道可以通过在纳米级的特定几何形状中排列嵌入式电极产生的电场进行重新配置。结合使用的电活性聚合物,使纳米孔开/关比放大,拟议的平台将是通用的,而不限于一个特定的应用程序,智力的优点是能够执行通过纳米孔的离子和分子易位的基础研究,有助于深入了解如何渗透可以控制在纳米尺度上。利用纳米孔内的静电场,分子可以暂时停靠和释放,允许重新配置和可重复使用的传感器。更广泛的影响是分子过滤,生物传感和局部药物释放,从而有可能改善整个社会。拟议的跨学科研究将作为一项新兴技术纳入研究生和本科生课程。拟议的初中和高中外展计划模块将使学生接触到拟议研究的关键物理概念,包括电场,表面张力和低噪声电子学。

项目成果

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  • 资助金额:
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