Collaborative Research: IDBR: Type A: The Nanosizer: A New Tool For the Photochemical Fabrication of Bioactive Nanoarrays

合作研究:IDBR:A 型:Nanosizer:生物活性纳米阵列光化学制造的新工具

基本信息

  • 批准号:
    1353682
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-08-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This award is being made jointly by two Programs- (1) Instrument Development for Biological Research, in the Division of Biological Infrastructure (Biological Sciences Directorate), and (2) Nano-Biosensing, in the Division of Chemical, Bioengineering, Environmental and Transport Systems (Engineering Directorate). Non Technical Description:Researchers at Northwestern University, and the University of Miami will develop an instrument to produce nanoarrays of biologically active probes. This new tool will produce combinatorial arrays of oligonucleotides and oligopeptides with sub-micrometer feature diameters over large areas (10's of square centimeters). The work will achieve order of magnitude improvements in feature size, production rate, and cost over current technologies providing access to fundamental biological experiments that could not otherwise be undertaken, including new ways to measure gene or protein expression at the single cell level. The development is a highly interdisciplinary effort which combines chemistry, materials science, engineering, and nanotechnology. Project activities will also include summer internships for undergraduates from minority-serving four year colleges, and a range of other outreach activities involving the Museum of Science and Industry in Chicago to promote scientific awareness, and with Breakthrough Miami to create internship opportunities for high school students from financially disadvantaged communities.Technical Description:An instrument to create ultradense patterns of biologically active molecules will be developed to model the spatial and chemical complexity of biological systems or create arrays for determining gene or protein expression at the single-cell level. The goal of the proposed activity is to combine new surface chemistries with new instrument capabilities to make a go-to tool for the in situ synthesis of combinatorial arrays of oligonucleotides or oligopeptides with feature size and shape control over square centimeter areas The Nanosizer is enabled by two breakthrough advances to recently emerge from the Mirkin and Braunschweig groups, namely 1) the development of massively parallel pen arrays that are individually addressable by light, thereby combining the advantages of massively parallel pen arrays with photolithography (near- and farfield), and 2) new surface immobilization chemistries and photochemistries for the rapid printing of molecules onto surfaces. This project combines these two features into an automated platform that can photoactivate a surface with individually addressable tips, expose it to a range of reagents, and repeat for several cycles to create spatially encoded combinatorial arrays or nanopatterns of biologically active molecules on surfaces. When the appropriate instrumentation milestones are reached, initial filings of patent applications will be made through institutional commercialization offices, and partnerships will be sought with instrumentation manufacturers. Early dissemination of the research findings will occur through conferences followed by full reports in scientific journals. When milestones of significant public interest are reached, institutional public relations offices will be contacted to produce a press release. CAD drawings for photomasks for preparing tip arrays and microfluidic cells will be made available on the websites of the PIs so researchers can implement the Nanosizer on existing AFMs.
该奖项由两个项目联合颁发 - (1) 生物基础设施部门(生物科学理事会)的生物研究仪器开发,以及 (2) 化学、生物工程、环境和运输部门的纳米生物传感系统(工程局)。非技术描述:西北大学和迈阿密大学的研究人员将开发一种仪器来生产生物活性探针的纳米阵列。这种新工具将在大面积(数十平方厘米)上产生具有亚微米特征直径的寡核苷酸和寡肽组合阵列。与现有技术相比,这项工作将在特征尺寸、生产率和成本方面实现数量级的改进,提供否则无法进行的基础生物实验,包括在单细胞水平测量基因或蛋白质表达的新方法。该开发是一项高度跨学科的工作,结合了化学、材料科学、工程学和纳米技术。项目活动还将包括为少数族裔四年制大学的本科生提供暑期实习,以及一系列其他外展活动,其中包括芝加哥科学与工业博物馆,以提高科学意识,并与 Breakthrough Miami 合作,为高中生创造实习机会技术描述:将开发一种创建生物活性分子超密集模式的仪器,以模拟生物系统的空间和化学复杂性,或创建用于在单细胞水平确定基因或蛋白质表达的阵列。拟议活动的目标是将新的表面化学与新的仪器功能相结合,成为原位合成寡核苷酸或寡肽组合阵列的首选工具,并在平方厘米区域内控制特征尺寸和形状。 Mirkin 和 Braunschweig 小组最近取得了两项突破性进展,即 1)开发了可通过光单独寻址的大规模并行笔阵列,从而结合了大规模并行笔阵列的优点光刻(近场和远场),以及 2)新的表面固定化学和光化学,用于将分子快速打印到表面上。该项目将这两个功能结合到一个自动化平台中,该平台可以通过可单独寻址的尖端光激活表面,将其暴露于一系列试剂,并重复几个周期,以在表面上创建生物活性分子的空间编码组合阵列或纳米图案。当达到适当的仪器里程碑时,将通过机构商业化办公室提交初始专利申请,并将寻求与仪器制造商的合作伙伴关系。研究结果的早期传播将通过会议进行,然后在科学期刊上发表完整报告。当达到重大公共利益的里程碑时,将联系机构公共关系办公室以发布新闻稿。用于制备尖端阵列和微流体单元的光掩模的 CAD 图纸将在 PI 的网站上提供,以便研究人员可以在现有的 AFM 上实施 Nanosizer。

项目成果

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