NER: Torque Spectroscopy for Nanosystem Characterization and Fabrication

NER:用于纳米系统表征和制造的扭矩光谱

基本信息

  • 批准号:
    0210210
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-07-15 至 2004-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project was received in response to Nanoscale Science and Engineering initiative, NSF 01-157, category NER. The purpose of this research is to develop the technology to deliver regulated torques to nanosystems; such torques would be on the order of piconewton-nanometers. Helicallv structured light possessing angular momentum will be used in an optical trapping arrangement to deliver angular momentum to trapped particles thereby applying a torque to the trapped object. Position and orientation of a trapped object will be achieved with a trapping beam constructed from the interference of a helical wave front and a plane wave. This research focuses on developing an optical trap using a conventional single-beam trap architecture; constructing the requisite helically-structured laser beam modes as Laguerre-Gaussian (LG) beam modes and constructing an interference pattern between LG beam modes and plane-wave beam modes. Torque spectroscopy experiments of biomolecules will be performed. Candidate molecules are coiled-coil proteins like myosin, modular matrix proteins like fibronectin and tenascin, and the DNA double helix.This research program will have a broad impact in the advancement of knowledge, education, industry and technology. An optical torque-trap is an enabling technology for the comprehensive development of nanoscience and engineering, and will have wide application in nanotechnology from characterization to fabrication. In nanoscale biosystems it would be used to provide an understanding of the behavior of single molecules. For nanoscale structures, it would enable the characterization of novel nanoscale structures and phenomena which depend upon rotary motion . Finally for nanoscale manufacturing processes it would enable new nanofabrication processes which would depend upon the manipulation of particles in six-dimensions Other applications include measuring the torque and power output of rotary nanomotors, measuring the bending strength of molecules, measuring the drag on nanobearings, and driving nanosystems by photonic components. This program will also have impacts in new curriculum for graduate students, combining elements of engineering and physics for nanoscience and engineering; the study of nanosystems and nanobiosystems; training opportunities for undergraduate students in nanotechnology through participation in research projects; and industrial collaboration providing technology transfer and training opportunities for faculty, research associates, and students.
收到该项目是为了响应纳米级科学与工程倡议,NSF 01-157,类别NER。 这项研究的目的是开发该技术,以将受管制的扭矩运送到纳米系统;这样的扭矩将按照piconewton-纳米计的顺序。 具有角动量的Helicallv结构化光将用于光学捕获布置中,以将角动量传递到捕获的颗粒中,从而将扭矩施加到捕获的物体上。通过从螺旋波正面和平面波的干扰构成的捕获光束,将实现陷阱对象的位置和方向。这项研究重点是使用常规的单光束陷阱体系结构开发光学陷阱。构建必要的螺旋结构激光束模式为Laguerre-Gaussian(LG)束模式,并在LG束模式和平面波束模式之间构建干扰模式。将进行生物分子的扭矩光谱实验。候选分子是螺旋蛋白,例如肌球蛋白,模块化基质蛋白,例如纤连蛋白和替氏蛋白,DNA双螺旋。该研究计划将对知识,教育,行业和技术的发展产生广泛的影响。光学扭矩陷阱是纳米科学和工程综合开发的一种有利技术,并且将在从表征到制造的纳米技术中广泛应用。在纳米级生物系统中,它将用于提供对单分子行为的理解。对于纳米级结构,它将能够表征依赖旋转运动的新型纳米级结构和现象。最后,对于纳米级制造过程,它将启用新的纳米制作过程,这将取决于六维中颗粒的操纵,其他应用包括测量旋转纳米运动器的扭矩和功率输出,测量分子弯曲强度,测量纳米型和纳米系统的阻力,并通过光型组合驱动纳米型纳米型。 该计划还将对研究生的新课程产生影响,结合纳米科学和工程学的工程和物理元素;纳米系统和纳米生物系统的研究;通过参与研究项目,为纳米技术的本科生培训机会;和工业合作为教师,研究伙伴和学生提供技术转移和培训机会。

项目成果

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