Resolving the structure of dendritic carbohydrate-based nanoparticles

解析树枝状碳水化合物纳米颗粒的结构

基本信息

  • 批准号:
    514674-2017
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.01万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2017-01-01 至 2018-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

There is a dramatically increasing world demand for green, sustainable biomaterials to enhance theperformance of functional foods, nutraceuticals, pharmaceuticals, and personal care products.PhytoSpherix(TM) is one such material, an all-natural, high-tech additive which can add value to manyproducts in each of these markets. PhytoSpherix is comprised of nanoparticles made from joining manyglucose (sugar) molecules together in a branching fashion. They are essentially tiny balls of starch that serve asa form of energy storage in plants. They are thus not only biodegradable but biocompatible - they are ingestedwhen one eats sweet corn! PhystoSpherix particles have many useful properties such as the ability to absorband retain a great deal of water and to modify the viscosity of a liquid when used as an additive. However, asthey are very small and soft, it is difficult to resolve the structural details of the nanoparticles experimentally. Inthis grant we will use computer simulations to grow, simulate, and characterize the particle structure. Althoughthe particles are small (on the order of 50 nm), they are still comprised of many atoms making detailedsimulations very difficult. We will thus employ coarse-grained approaches at two different levels to model thenanoparticles: a very coarse-grained approach in which each glucose molecule is modeled as one bead and anatomistic-based coarse-grained approach that retains some of the chemical features of glucose. In addition tocharacterizing the structure, we will also use modeling at both levels to explore the dynamics of smallmolecules within the particles. Combining results across these different levels will give both fundamentalinsight into the nature of carbohydrate-bases dendritic materials which will be of great value in the fields ofpolymer science and bio-nanomaterials. This work is performed in collaboration with Mirexus Biotechnologiesand the knowledge that is generated will provide essential information for the development of new applicationsof PhytoSpherix particles such as drug and supplement delivery. This will fuel the growth of Mirexus as aCanadian research intensive company that hires highly qualified scientific and engineering personnel.
世界对绿色、可持续的生物材料的需求急剧增加,以提高功能性食品、营养保健品、药品和个人护理产品的性能。PhytoSpherix(TM)就是这样一种材料,一种全天然的高科技添加剂,可以为这些市场中的许多产品增值。PhytoSpherix由纳米颗粒组成,这些纳米颗粒是由许多葡萄糖(糖)分子以分支方式连接在一起制成的。它们本质上是微小的淀粉球,在植物中充当能量储存的形式。因此,它们不仅是生物降解的,而且是生物相容的--当人们吃甜玉米时,它们就被摄入了!PhystoSpherix颗粒具有许多有用的性质,例如,当用作添加剂时,能够吸收和保留大量的水并改变液体的粘度。然而,由于它们非常小和柔软,很难在实验上解决纳米粒子的结构细节。在这项资助中,我们将使用计算机模拟来生长、模拟和表征粒子结构。尽管粒子很小(大约50纳米),但它们仍然由许多原子组成,这使得详细的模拟非常困难。因此,我们将在两个不同的层次上采用粗粒度的方法来建模thenanoparticles:一个非常粗粒度的方法,其中每个葡萄糖分子被建模为一个珠子和基于解剖学的粗粒度的方法,保留了一些葡萄糖的化学特征。除了表征结构,我们还将在两个层面上使用建模来探索颗粒内小分子的动力学。结合这些不同水平的结果将使人们对碳水化合物基树枝状材料的性质有一个基本的了解,这将在聚合物科学和生物纳米材料领域具有重要价值。这项工作是与Mirexus Biotechnologies合作进行的,所产生的知识将为PhytoSpherix颗粒的新应用(如药物和补充剂输送)的开发提供重要信息。这将推动Mirexus作为一家加拿大研究密集型公司的发展,该公司雇用高素质的科学和工程人员。

项目成果

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    514674-2017
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