Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature

受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.66万
  • 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

The field of bio-inspired materials is founded on the premise that humans can learn something from nature about creating versatile high-performance materials for a wide variety of functions through sustainable and economical processing. Our research program focuses on mussel byssus fibers, which provide an excellent role model for bio-inspired polymers due to technologically and biomedically relevant materials properties (high toughness, self-healing, wet adhesion). Our previous work indicates these properties arise from hierarchical organization of protein building blocks and protein-metal coordination cross-linking. Presently, however, little is understood about how this high degree of structural complexity is achieved during byssus formation. The goals of our research program are to elucidate the byssus self-assembly process and utilize extracted design concepts towards the development of bio-inspired materials processing. Mussel byssus fibers are rapidly fabricated via bottom-up self-assembly of >10 different proteins, which undergo a dramatic transition from fluid precursor to tough fiber in just minutes. Our recent work indicates that byssus proteins are stored in micron-sized secretory vesicles, which are secreted in a spatiotemporally controlled process. We hypothesize that vesicles possess a controlled microenvironment (pH, ionic strength and redox potential) and that self-assembly is triggered via changing ambient conditions and mechanical shear as the stimuli responsive proteins are released from secretory glands into seawater. We posit that by elucidating the spatiotemporal control and physical chemical principles at play in byssus assembly, we will gain new insights for inspiring sustainable practices for fabricating polymeric materials with advanced properties via supramolecular assembly. Building off our group's work over the last 7 years, the primary aims are I) Elucidate physical chemical principles underlying mussel byssus self-assembly through in situ and in vitro investigation of byssus formation. II) Adapt extracted principles towards assembly of novel polymeric materials with hierarchical structure via novel microfluidics-based materials processing. These aims will be achieved through a multi-scale, cross-disciplinary investigation at the interface of chemistry, biochemistry and materials science, utilizing cutting edge analytical techniques including confocal Raman spectroscopy, focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM) and cryo-transmission electron microscopy (TEM). The long-term aim of our program is production of polymeric materials that combine high performance with sustainable fabrication practices and circular life cycles. This will have tangible benefits for Canada, both economically and environmentally, in the emerging green technologies industry.
生物启发材料领域的基础是,人类可以从大自然中学到一些东西,通过可持续和经济的加工,为各种功能创造多功能的高性能材料。我们的研究项目主要集中在贻贝足丝纤维,由于技术和生物医学相关的材料特性(高韧性,自我修复,湿粘附),它为生物启发聚合物提供了一个很好的榜样。我们以前的工作表明,这些性质产生于蛋白质结构单元的层次组织和蛋白质-金属配位交联。然而,目前,很少有人了解这种高度的结构复杂性是如何实现在足丝形成。我们的研究计划的目标是阐明足丝的自组装过程,并利用提取的设计概念对生物启发的材料加工的发展。 贻贝足丝纤维通过自下而上的自组装快速制造,超过10种不同的蛋白质,在短短几分钟内经历了从流体前体到坚韧纤维的戏剧性转变。我们最近的工作表明,足丝蛋白储存在微米大小的分泌囊泡,这是在时空控制的过程中分泌。我们假设,囊泡具有受控的微环境(pH值,离子强度和氧化还原电位)和自组装是通过改变环境条件和机械剪切触发的刺激响应蛋白质从分泌腺释放到海水中。通过阐明足丝组装中的时空控制和物理化学原理,我们将获得新的见解,以激发通过超分子组装制造具有先进性能的聚合物材料的可持续实践。 基于我们小组过去7年的工作,主要目标是:I)通过对足丝形成的原位和体外研究,阐明贻贝足丝自组装的物理化学原理。II)通过基于新型微流体的材料处理,使提取的原理适应于具有分级结构的新型聚合物材料的组装。这些目标将通过在化学,生物化学和材料科学的接口多尺度,跨学科的调查,利用尖端的分析技术,包括共焦拉曼光谱,聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)和低温透射电子显微镜(TEM)来实现。我们计划的长期目标是生产聚合物材料,将联合收割机高性能与可持续制造实践和循环生命周期相结合。这将为加拿大新兴的绿色技术产业带来切实的经济和环境利益。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ 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 }}

Harrington, Matthew其他文献

A retrospective evaluation of vitamin K for hemoptysis in adult cystic fibrosis patients
  • DOI:
    10.1080/21548331.2021.1905413
  • 发表时间:
    2021-08-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Gavioli, Elizabeth Marie;Pao, Kevin;Harrington, Matthew
  • 通讯作者:
    Harrington, Matthew
Possible association of influenza A infection and reverse takotsubo syndrome.
  • DOI:
    10.1136/bcr-2018-226289
  • 发表时间:
    2018-12-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Golfeyz, Shmuel;Kobayashi, Takaaki;Harrington, Matthew
  • 通讯作者:
    Harrington, Matthew

Harrington, Matthew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('Harrington, Matthew', 18)}}的其他基金

Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Green Chemistry
绿色化学
  • 批准号:
    CRC-2017-00201
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Green Chemistry
绿色化学
  • 批准号:
    CRC-2017-00201
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
ATR-FTIR microscope and fluid cell for tracking hierarchical assembly of molecules to materials
ATR-FTIR 显微镜和流体池用于跟踪分子到材料的分层组装
  • 批准号:
    RTI-2021-00152
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments
Green Chemistry
绿色化学
  • 批准号:
    CRC-2017-00201
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Green Chemistry
绿色化学
  • 批准号:
    CRC-2017-00201
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    522488-2018
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    522488-2018
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements

相似国自然基金

Self-DNA介导的CD4+组织驻留记忆T细胞(Trm)分化异常在狼疮肾炎发病中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82371813
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于受体识别和转运整合的self-DNA诱导采后桃果实抗病反应的机理研究
  • 批准号:
    32302161
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于广义测量的多体量子态self-test的实验研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Self-shrinkers的刚性及相关问题
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于Self-peptide和Fe5C2构建的高敏感MR分子探针对肿瘤血管的MR靶向成像研究
  • 批准号:
    81501521
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
平均曲率流中非紧Self-shrinkers的结构
  • 批准号:
    11301190
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
2维伪欧氏空间下平均曲率流中Self-shrinker问题的研究
  • 批准号:
    11126152
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
晶态桥联聚倍半硅氧烷的自导向组装(self-directed assembly)及其发光性能
  • 批准号:
    21171046
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    55.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
成束蛋白Fascin1在肺癌"self-seeding"过程中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81001041
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
工业用腈水合酶全新蛋白质翻译后调节体系self-subunit swapping的研究
  • 批准号:
    31070711
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    522488-2018
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    522488-2018
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements
Generation and Self-Assembly of Novel Polymeric Materials Inspired by Nature
受大自然启发的新型高分子材料的生成和自组装
  • 批准号:
    RGPIN-2018-05243
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Optical second harmonic generation microscopy of the self-assembly process of amphiphilic chiral molecules
两亲手性分子自组装过程的光学二次谐波发生显微镜
  • 批准号:
    16K17786
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Directed Self-Assembly based Interconnect Technology for Next-Generation 3D LSI
基于定向自组装的下一代 3D LSI 互连技术
  • 批准号:
    16H04323
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
GOALI: Development of Block Copolymer Self-assembly for Next Generation Device Fabrication
GOALI:开发用于下一代器件制造的嵌段共聚物自组装
  • 批准号:
    1029452
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Metal-mediated self-assembly of DNA and generation of functional polymers
金属介导的 DNA 自组装和功能聚合物的生成
  • 批准号:
    217563-2001
  • 财政年份:
    2002
  • 资助金额:
    $ 4.66万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了