Aptamer-based smart materials for biosensing and delivery applications

用于生物传感和输送应用的基于适体的智能材料

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2015-05015
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

"Smart" materials are an emerging class of multifunctional materials whose physical or chemical properties are controllably altered in response to an external stimulus. By combining the properties of an advanced material with the ability to adapt in response to a change in their environment, these materials are finding applications in sensing and drug delivery. While many smart materials respond to physical or chemical stimuli (pH, temperature), the development of smart materials that are sensitive to specific molecules or biomolecules is a topic of growing interest. Preparation of these systems involves the integration of a component that can recognize the target molecule (molecular recognition probe).  Aptamers are molecular recognition probes that have many unique properties that make them well-suited to novel smart material systems.  Aptamers are synthetic DNA or RNA that fold into distinct nanoscale shapes capable of binding with high affinity and specificity to a target molecule. The ease of synthesis and labeling, low cost, and stability of DNA aptamers make them particularly attractive for incorporation into smart materials. This proposal aims to develop new aptamer-based smart material systems that demonstrate target-molecule-triggered changes as a result of aptamer inclusion. There is a rich diversity of approaches for aptamer-based smart material development. This proposal will explore two promising classes of smart materials: hydrogels and polyelectrolyte multilayers. The overarching goal of this work is to move aptamer-based systems from those that provide simple reporting on the presence of a target to ones where the presence of the target is used as a stimulus to trigger changes to the material (e.g. degradation of the material or release of a molecular payload, such as a drug or nutrient).  The proposed research program builds on the current work in Carleton University's Laboratory for Aptamer Discovery and Development of Emerging Research (LADDER) and examines the marriage of aptamer technology with material science and nanotechnology to yield smart materials with advanced, tunable properties.  This research program will provide the foundation and conceptual framework needed for the rational design of innovative aptamer-based smart materials.  These smart materials will find applications in a variety of fields from agriculture (agrochemical delivery) to medicine (drug delivery).  Students trained in this program will benefit from a rich, interdisciplinary environment where they will gain valuable experience in the synthesis and application of aptamers and the preparation and characterization of nanomaterials and polymer systems. They will also benefit from interactions with collaborators and end-users of varied backgrounds and expertise in the development of new responsive materials for agriculture, environment, and health.
“智能”材料是一类新兴的多功能材料,其物理或化学性质响应于外部刺激而可控地改变。通过将先进材料的特性与适应环境变化的能力相结合,这些材料正在传感和药物输送方面找到应用。 虽然许多智能材料对物理或化学刺激(pH值,温度)作出反应,但对特定分子或生物分子敏感的智能材料的开发是一个越来越受关注的话题。 这些系统的制备包括整合可识别靶分子的组分(分子识别探针)。 适体是一种分子识别探针,具有许多独特的性质,使其非常适合于新型智能材料系统。 核酸适体(Aptamers)是一种人工合成的DNA或RNA,它可以折叠成不同的纳米级形状,能够以高亲和力和特异性与靶分子结合。DNA适体的合成和标记容易,成本低,稳定性好,使其特别适合用于智能材料。 本项目旨在开发新型的基于适体的智能材料系统,该系统展示了由于适体的包含而引起的靶分子触发的变化。该提案将探索两类有前途的智能材料:这项工作的首要目标是将基于适体的系统从提供关于靶标存在的简单报告的系统移动到其中靶标的存在被用作刺激以触发材料变化的系统。(例如,材料的降解或分子有效载荷(例如药物或营养物)的释放)。 拟议的研究计划建立在卡尔顿大学新兴研究适体发现和开发实验室(LADDER)的当前工作基础上,并研究了适体技术与材料科学和纳米技术的结合,以产生具有先进可调特性的智能材料。 该研究计划将为创新的基于适体的智能材料的合理设计提供基础和概念框架。 这些智能材料将在从农业(农用化学品输送)到医学(药物输送)的各种领域中找到应用。 在该计划中接受培训的学生将受益于丰富的跨学科环境,在那里他们将获得在适体的合成和应用以及纳米材料和聚合物系统的制备和表征方面的宝贵经验。 他们还将受益于与不同背景和专业知识的合作者和最终用户的互动,以开发用于农业,环境和健康的新型响应材料。

项目成果

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