Dynamics of Block Copolymer Micelles

嵌段共聚物胶束的动力学

基本信息

  • 批准号:
    2103630
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 90万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-05-01 至 2026-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

NON-TECHNICAL SUMMARY: Micelles are nanoscale objects formed by spontaneous assembly of amphiphilic molecules such as detergents and lipids. Larger amphiphiles known as block copolymers (BCPs) adopt analogous structures, but typically are much more robust against mechanical forces or changes in chemical environment. For these reasons, BCP micelles are of growing importance in a variety of emerging technologies, including as viscosity modifiers in synthetic motor oils to boost fuel economy, and as vehicles for delivery of therapeutic agents to specific target cells, such as cancers. In these applications, and many more, the nanostructure is created through the “bottom-up” process of self-assembly, whereby the molecules are carefully designed to produce the intended structure. However, a fundamental problem is to understand the mechanism of self-assembly itself. In particular, it is important to know whether the resulting nanostructure is the most favorable, equilibrium one, or whether the system has become trapped in a non-optimal so-called “metastable” state. In the latter case, which is quite common, by what mechanisms do micelles evolve toward a more favorable state? With this knowledge, it will be possible to tailor a given commercial process to produce the most useful nanostructure, reliably and reproducibly, in the shortest possible time. Graduate students will acquire a broad suite of skills in polymer synthesis and characterization, light, X-ray and neutron scattering, and electron microscopy. They will also have extensive opportunities to present technical talks and posters to external audiences, as well as to mentor talented undergraduates. High school students from the greater Twin Cities, particularly women and underrepresented minorities, will be exposed to polymer science through "Polymer Day: You Make It, You Break It", a hands-on component of a broader "Discover STEM: Materials Week" summer camp. A diverse cohort of graduate students and postdoctoral fellows from across the country will participate in Future Faculty Workshops, to enhance skills in acquiring and succeeding in academic positions.TECHNICAL SUMMARY: While the equilibrium structure of block copolymer (BCP) micelles is relatively well understood, the dynamic processes by which such structures evolve are not. Furthermore, BCP micelles formed by solution self-assembly are often trapped in metastable, non-equilibrium states. A comprehensive experimental program is described, aimed at developing a quantitative understanding of the five molecular-level processes believed to control block copolymer micellar self-assembly. These processes include micellar fragmentation and fusion, for which prior studies are very scarce. Recalcitrant problems in understanding single chain exchange will be attacked with computer simulations, and unresolved issues in understanding the effect of energetic barriers to micelle creation and annihilation will be addressed using the same model polymer systems. A suite of powerful experimental tools will be employed, especially dynamic light scattering, small-angle X-ray and neutron scattering, and liquid-phase transmission electronic microscopy. The results will provide critical tests of existing models, or will provide benchmark data sets to inform future theoretical developments..This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术综述:胶束是由洗涤剂和脂类等两亲性分子自发组装形成的纳米级物体。被称为嵌段共聚物(BCP)的较大的两亲分子采用类似的结构,但通常对机械力或化学环境的变化更具健壮性。出于这些原因,BCP胶束在各种新兴技术中发挥着越来越重要的作用,包括作为合成机油的粘度改进剂以提高燃油经济性,以及作为将治疗剂输送到特定靶细胞(如癌症)的载体。在这些应用中,以及更多的应用中,纳米结构是通过“自下而上”的自组装过程产生的,分子经过精心设计以产生预期的结构。然而,一个根本的问题是理解自组装机制本身。特别是,重要的是要知道所得到的纳米结构是否是最有利的、平衡的结构,或者系统是否已经陷入了非最佳的所谓的亚稳状态。在后一种情况下,胶束是通过什么机制演变成更有利的状态的?有了这些知识,就有可能在尽可能短的时间内定制特定的商业过程,以可靠和可重复的方式生产最有用的纳米结构。研究生将在聚合物合成和表征、光、X射线和中子散射以及电子显微镜方面获得广泛的技能。他们还将有广泛的机会向外部观众介绍技术演讲和海报,以及指导有才华的本科生。来自大双子城的高中生,特别是女性和代表性不足的少数族裔,将通过“聚合物日:你做到了,你打破了它”接触到聚合物科学,这是一个更广泛的“发现STEM:材料周”夏令营的实践部分。来自全国各地的不同的研究生和博士后研究员将参加未来教师研讨会,以提高获得学术职位并取得成功的技能。技术摘要:虽然嵌段共聚物(BCP)胶束的平衡结构相对较好地被理解,但这种结构演变的动态过程还不是很清楚。此外,通过溶液自组装形成的BCP胶束通常处于亚稳态、非平衡态。描述了一个全面的实验计划,旨在发展对控制嵌段共聚聚合物胶束自组装的五个分子水平过程的定量理解。这些过程包括胶束碎裂和融合,以前的研究非常少。理解单链交换的顽固问题将通过计算机模拟来解决,而在理解胶束产生和湮灭的能量障碍的影响方面的悬而未决的问题将使用相同的模型聚合物系统来解决。将使用一套强大的实验工具,特别是动态光散射、小角X射线和中子散射以及液体透射电子显微镜。结果将提供对现有模型的关键测试,或将提供基准数据集,为未来的理论发展提供参考。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Impact of Photoactive Monomer Location in Photoresponsive Block Copolymer/Ionic Liquid Solutions
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.2c02113
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Claire L. Seitzinger;T. Lodge
  • 通讯作者:
    Claire L. Seitzinger;T. Lodge
Effect of Changing Interfacial Tension on Fragmentation Kinetics of Block Copolymer Micelles
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.2c02158
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Supriya Gupta;T. Lodge
  • 通讯作者:
    Supriya Gupta;T. Lodge
Free Energy Trajectory for Escape of a Single Chain from a Diblock Copolymer Micelle
单链从二嵌段共聚物胶束逃逸的自由能轨迹
  • DOI:
    10.1021/acsmacrolett.1c00508
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.015
  • 作者:
    Seeger, Sarah C.;Dorfman, Kevin D.;Lodge, Timothy P.
  • 通讯作者:
    Lodge, Timothy P.
Mechanism of Escape of a Single Chain from a Diblock Copolymer Micelle
单链从二嵌段共聚物胶束中逃逸的机制
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.2c01742
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Seeger, Sarah C.;Lodge, Timothy P.;Dorfman, Kevin D.
  • 通讯作者:
    Dorfman, Kevin D.
Photoreversible Order–Disorder Transitions in Block Copolymer/Ionic Liquid Solutions
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.2c00397
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Claire L. Seitzinger;Cecilia C. Hall;T. Lodge
  • 通讯作者:
    Claire L. Seitzinger;Cecilia C. Hall;T. Lodge
{{ 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 }}

Timothy Lodge其他文献

高分子からなる水素結合性超分子ゲルのゲル化機構-架橋剤の濃度依存性-
由聚合物组成的氢键超分子凝胶的凝胶化机理-依赖于交联剂浓度-
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    野呂篤史;松下裕秀;Timothy Lodge
  • 通讯作者:
    Timothy Lodge
高分子からなる超分子 -非共有結合による材料複合化、ナノ構造形成、粘弾性制御-
由聚合物组成的超分子-通过非共价键合进行材料复合、纳米结构形成、粘弹性控制-
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    ○野呂篤史;松下裕秀;Timothy Lodge;野呂篤史
  • 通讯作者:
    野呂篤史
水素結合性超分子イオンゲルのゲル化機構
氢键超分子离子凝胶的凝胶化机理
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    野呂篤史;松下裕秀;Timothy Lodge
  • 通讯作者:
    Timothy Lodge
The behavior of the tracer diffusion coefficient of polystyrene in isorefractive “solvents” composed of poly(vinyl methyl ether) ando-Fluorotoluene
  • DOI:
    10.1007/bf00708471
  • 发表时间:
    1985-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.000
  • 作者:
    Brian Hanley;Matthew Tirrell;Timothy Lodge
  • 通讯作者:
    Timothy Lodge
非共有結合を組込んだ高分子材料のナノ構造と粘弾性
包含非共价键的聚合物材料的纳米结构和粘弹性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    ○野呂篤史;松下裕秀;Timothy Lodge;野呂篤史
  • 通讯作者:
    野呂篤史

Timothy Lodge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('Timothy Lodge', 18)}}的其他基金

Mechanisms of Equilibration in Block Copolymer Micelles
嵌段共聚物胶束的平衡机制
  • 批准号:
    1707578
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
University of Minnesota MRSEC
明尼苏达大学 MRSEC
  • 批准号:
    1420013
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
UMN MRSEC REU Site in Nanomaterials
UMN MRSEC REU 纳米材料网站
  • 批准号:
    1263062
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
From Micelles to Membranes: Advanced Block Polymer Ionic Liquid Composites
从胶束到膜:先进嵌段聚合物离子液体复合材料
  • 批准号:
    1206459
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nanostructured Block Copolymer/Ionic Liquid Composite Materials
纳米结构嵌段共聚物/离子液体复合材料
  • 批准号:
    0804197
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
University of Minnesota Materials Research Science and Engineering Center
明尼苏达大学材料研究科学与工程中心
  • 批准号:
    0819885
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
Dynamics of Multicomponent Polymers
多组分聚合物的动力学
  • 批准号:
    0406656
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
University of Minnesota-Materials Research Science and Engineering Center
明尼苏达大学-材料研究科学与工程中心
  • 批准号:
    0212302
  • 财政年份:
    2002
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
Association, Segregation, and Transport in Copolymer Liquids
共聚物液体中的缔合、分离和传输
  • 批准号:
    9901087
  • 财政年份:
    1999
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Structure and Dynamics of Polymer Mixtures
聚合物混合物的结构和动力学
  • 批准号:
    9528481
  • 财政年份:
    1996
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

安氏II类1分类伴下颌后缩生长发育期患者Twin Block矫治后上气道反应的流体动力学仿真模拟
  • 批准号:
    81571010
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    57.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Block 型无穷维李代数在Toda系统中的应用
  • 批准号:
    11201251
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
应用常染色体单倍域(Haplotype Block)研究中国人群的遗传结构
  • 批准号:
    30571060
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
客家人G6PD基因位点Haplotype Block的研究
  • 批准号:
    30470949
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Thermodynamics and Chain Dynamics in Spin-labeled Peptide Block Copolymer Assemblies
自旋标记肽嵌段共聚物组装体中的热力学和链动力学
  • 批准号:
    2003366
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Ordering of Block Copolymer Systems with Enhanced Molecular Interactions and Diffusional Dynamics
具有增强分子相互作用和扩散动力学的嵌段共聚物体系的有序化
  • 批准号:
    1905996
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Dynamics and Self-Assembly in Block Copolymer Micelles for Tailored Cargo Delivery
合作研究:用于定制货物运输的嵌段共聚物胶束的动力学和自组装
  • 批准号:
    1437767
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Dynamics and Self-Assembly in Block Copolymer Micelles for Tailored Cargo Delivery
合作研究:用于定制货物运输的嵌段共聚物胶束的动力学和自组装
  • 批准号:
    1437831
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Dynamics and non-equilibrium states of randomly cross-linked block copolymer melts (A04)
无规交联嵌段共聚物熔体的动力学和非平衡态(A04)
  • 批准号:
    190838174
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Collaborative Research Centres
CAREER: Block Copolymer/layered Silicate Nanocomposites: Thermodynamics, Dynamics, and Structure-Property Relationships
职业:嵌段共聚物/层状硅酸盐纳米复合材料:热力学、动力学和结构-性能关系
  • 批准号:
    0847515
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Standard Grant
STUDIES ON ORDER-DISORDER PHASE TRANSITION DYNAMICS OF BLOCK COPOLYMER MELT UNDER ELECTRIC FIELD
电场作用下嵌段共聚物熔体有序-无序相变动力学研究
  • 批准号:
    19340117
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Synthesis, Structure and Dynamics of Block Copolymer Based Organic Inorganic Hybrid Materials
嵌段共聚物基有机无机杂化材料的合成、结构与动力学
  • 批准号:
    0072009
  • 财政年份:
    2000
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Surface Structure and Dynamics of Functional Block Copolymer
功能嵌段共聚物的表面结构和动力学
  • 批准号:
    03044059
  • 财政年份:
    1991
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for international Scientific Research
Conformational Dynamics of Block Copolymer Liquids
嵌段共聚物液体的构象动力学
  • 批准号:
    9018807
  • 财政年份:
    1991
  • 资助金额:
    $ 90万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了