Chiral Ceramic Nanoparticles of Tungsten Oxides

氧化钨手性陶瓷纳米粒子

基本信息

项目摘要

NON-TECHNICAL SUMMARYChirality is a geometrical property describing objects that are not the same as their mirror images. Such objects are common in Nature and chirality determines the outcome of most biological processes. This project will study how to make nanoparticles of ceramics chiral in order to produce new drugs, reduce pollution, create new display technologies, improve biomedical implants, and realize new ultra-strong materials. These technological advances become possible because chirality of nanoscale ceramics can be combined with their special mechanical, optical, electronic, chemical, and biological properties. Synthetic methods, characteristic properties, and computational tools will be established. The surface of small particles of tungsten oxide will be coated with amino acids that will transfer their chirality to the inorganic material. The best conditions for the synthesis of long chain molecules, known as peptides, with specific chirality to be used as antibacterial drugs for biomedical and national defense needs, will be found. The outcome of this project will be a versatile toolbox for applied studies and education that will be available to other scientists, engineers, teachers, and the public. The low cost, biocompatibility and commonality of ceramic materials will enable utilization of chiral ceramics in many technological areas. The University of Michigan will collaborate with schools in poor communities in Detroit area to demonstrate importance of chirality to high and middle school students. The project will also help kids of high school age with speech impediments to find interesting research topics in chemistry, physics, materials, or mathematics.TECHNICAL SUMMARYChirality is a geometrical property with unifying importance for physics, chemistry, biology, astronomy, and mathematics. Nanoscale ceramics can be chiral, which will enhance mechanical, optical, electronic, chemical, and biological properties of these materials. These advances in ceramics will make possible a new generation of materials for polarization modulation devices, chiral catalysts, biomedical implants, biosensors, and drug carriers. Thus, a framework of synthetic methods, characteristic properties, and computational tools will be established in this project. As a model system, chiral ceramic nanoparticles of tungsten trioxide with L- and D- amino acid surface ligands adsorbed to their surface will be synthesized. These nanocolloids will be subsequently utilized in the catalysis of amino acid condensation into antibacterial peptides. Integrated training of students skillful in both computational and synthetic tools is essential to its impact of this project. The educational and outreach efforts will be focused on underrepresented minorities and middle- and high-school students from high-poverty Ypsilanti area. Kids of high school age with speech impediments will be engaged in the scientific research.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术摘要手性是一种几何属性,描述与其镜像不同的物体。 这些物体在自然界中很常见,手性决定了大多数生物过程的结果。 该项目将研究如何制造手性陶瓷纳米颗粒,以生产新药、减少污染、创造新的显示技术、改进生物医学植入物以及实现新型超强材料。 这些技术进步之所以成为可能,是因为纳米级陶瓷的手性可以与其特殊的机械、光学、电子、化学和生物特性相结合。 将建立合成方法、特性和计算工具。氧化钨小颗粒的表面将涂有氨基酸,将其手性转移到无机材料上。将找到合成长链分子(称为肽)的最佳条件,该分子具有特定的手性,可用作生物医学和国防需求的抗菌药物。该项目的成果将是一个用于应用研究和教育的多功能工具箱,可供其他科学家、工程师、教师和公众使用。 陶瓷材料的低成本、生物相容性和通用性将使手性陶瓷在许多技术领域得到利用。 密歇根大学将与底特律地区贫困社区的学校合作,向高中生和中学生展示手性的重要性。 该项目还将帮助有言语障碍的高中生孩子在化学、物理、材料或数学方面找到有趣的研究课题。技术摘要手性是一种几何性质,对于物理、化学、生物学、天文学和数学具有统一的重要性。 纳米级陶瓷可以是手性的,这将增强这些材料的机械、光学、电子、化学和生物性能。 陶瓷领域的这些进步将使用于偏振调制装置、手性催化剂、生物医学植入物、生物传感器和药物载体的新一代材料成为可能。 因此,该项目将建立一个合成方法、特性和计算工具的框架。作为模型系统,将合成表面吸附有L-和D-氨基酸表面配体的三氧化钨手性陶瓷纳米颗粒。 这些纳米胶体随后将用于催化氨基酸缩合成抗菌肽。对熟练掌握计算和综合工具的学生进行综合培训对于该项目的影响至关重要。教育和推广工作将重点关注来自伊普西兰蒂高度贫困地区代表性不足的少数民族和初中生和高中生。有言语障碍的高中年龄的孩子将参与科学研究。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Chiromagnetic nanoparticles and gels
  • DOI:
    10.1126/science.aao7172
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Jihyeon Yeom;Uallisson S Santos;Mahshid Chekini;Minjeong Cha;A. F. de Moura;N. Kotov
  • 通讯作者:
    Jihyeon Yeom;Uallisson S Santos;Mahshid Chekini;Minjeong Cha;A. F. de Moura;N. Kotov
Chiral Nanoceramics
  • DOI:
    10.1002/adma.201906738
  • 发表时间:
    2020-06-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Fan, Jinchen;Kotov, Nicholas A.
  • 通讯作者:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Cho, NH.
  • 通讯作者:
    Cho, NH.
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Choi,Won Jin;Lee,Sang Hyun;Kotov,Nicholas A.
  • 通讯作者:
    Kotov,Nicholas A.
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    Nicholas Kotov

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