I-Corps: Multi-functional nanostructures with directed irradiation synthesis for smart biomaterials

I-Corps:用于智能生物材料的定向辐照合成多功能纳米结构

基本信息

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this I-Corps project will be a transformative approach at fabricating novel smart multi-functional nanostructures that meet the needs of next generation advanced materials by providing a process that is green, cheap, fast, and versatile. This approach to nanostructure synthesis has applications in biotechnology, energy and tooling, among others. For example, in the healthcare field each year nearly one million people in the United States suffer from an infection related to medical implants. Additionally, implants in bone can loosen over their lifetime due to poor tissue integration, resulting in inflammation and pain, and possibly requiring additional surgeries. These issues can potentially be solved through the synthesis of inherently anti-bacterial biomaterial surfaces that enhance biological tissue integration. The commercialization of this technology has the potential to redefine industrial material design paradigms.This I-Corps project is based around a form of plasma processing of materials called Directed Irradiation Synthesis (DIS) and Directed Plasma Nanosynthesis (DPNS). This technology is able to change the inherent properties of a material surface by creating customized nanoscale topographies (pores, rods, cones, ripples, etc.) and chemistries (stoichiometry, oxidation state, etc.) by exposing the surface to a controlled flux of ions, electrons, and neutral particles with controlled mass, momentum, and fluence, among other conditions. This allows a new level of fidelity with atom-by-atom control using self-organized arrangement in irradiated surfaces that is dominated by ion-induced erosion and surface diffusion. This technology will transform the synthesis and design of nano-structured systems by leveraging the composition-dependent mechanisms that drive self-organization on micro- and nano-structures to enable tunability and control of their biological properties.
这个I-Corps项目的更广泛的影响/商业潜力将是制造新型智能多功能纳米结构的变革性方法,通过提供绿色,廉价,快速和多功能的工艺来满足下一代先进材料的需求。 这种纳米结构合成方法在生物技术、能源和工具等方面有应用。 例如,在医疗保健领域,美国每年有近一百万人遭受与医疗植入物相关的感染。此外,由于组织整合不良,骨骼中的植入物可能会在其一生中松动,导致炎症和疼痛,并可能需要额外的手术。这些问题可以通过合成增强生物组织整合的固有抗菌生物材料表面来解决。 该技术的商业化有可能重新定义工业材料设计范式。I-Corps项目基于一种称为定向辐照合成(DIS)和定向等离子体纳米合成(DPNS)的材料等离子体加工形式。 该技术能够通过创建定制的纳米级形貌(孔、棒、锥、波纹等)来改变材料表面的固有特性。和化学性质(化学计量、氧化态等)通过将表面暴露于具有受控质量、动量和注量的受控离子、电子和中性粒子流以及其它条件。 这使得一个新的水平的保真度与原子的原子控制使用自组织的安排,在辐照表面,主要是由离子诱导的侵蚀和表面扩散。 这项技术将通过利用成分依赖机制来改变纳米结构系统的合成和设计,该机制驱动微结构和纳米结构的自组织,以实现其生物学特性的可调性和控制。

项目成果

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