CAREER: Characterizing Nanoparticle Surface Interactions using Dissolution Dynamic Nuclear Polarization-Enhanced Nuclear Magnetic Resonance

职业:使用溶解动态核极化增强核磁共振表征纳米粒子表面相互作用

基本信息

  • 批准号:
    1751529
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 57.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-05-01 至 2024-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This CAREER award, supported by the Chemical Measurement and Imaging Program in the Division of Chemistry with co-funding from the Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR), enables Professor Leah Casabianca and her group at Clemson University to develop new methods (based on Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy) for determination of the structure of biologically-relevant molecules interacting with the surface of nanoparticles. NMR is a powerful technique for determining the structure of molecules, including bond angles and distances not available through any other technique. Dr. Casabianca's work is important for understanding how nanoparticles behave when they enter the body, which is increasingly relevant as the use of nanoparticles in medicine and consumer products increases. The Casabianca group is using a combination of experimental solution-state NMR techniques, computer modeling, and innovative methods to improve the sensitivity of NMR and Magnetic Resonance Imaging (MRI) to determine the structure of peptides and proteins interacting with nanoparticle surfaces. The integrated educational aims of this work seek to increase the number of female and minority students in South Carolina who are excited about using computer science to solve problems in chemistry. This is being addressed by developing an undergraduate computational chemistry course, introducing computer programming into the junior-level quantum mechanics course, and creating fun and exciting lessons incorporating MRI and computer science for summer camps for middle-school girls.NMR is not ideally suited for surface studies due to its low sensitivity. To address this issue, the Casabianca lab is using Dynamic Nuclear Polarization (DNP) to enhance the NMR signal of nuclei near the nanoparticle surface. They are calibrating the distance dependence of polarization transfer from a nanoparticle surface to nearby nuclei and creating DNP-enhanced nanoparticle tracers for MRI. Broader impacts of this research will derive from the development of NMR methods for understanding interactions at the nanoparticle surface, which can be applied to nanoparticles used in applications such as drug delivery, catalysis, contrast agents, and biosensors. Broader impacts of the educational plan include increasing the number of female and minority students in South Carolina who are interested in computational chemistry.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.
该职业奖在化学划分的化学测量和成像计划的支持下,与既定计划共同资助以刺激竞争研究(EPSCOR)的共同资助,使Leah Casabianca教授及其在Clemson University的小组中开发了新方法(基于基于新方法(核磁共振(NMR)光谱),用于测定与纳米颗粒表面相互作用的生物相关分子的结构。 NMR是确定分子结构的强大技术,包括通过任何其他技术可用的键角和距离。 Casabianca博士的工作对于理解纳米颗粒进入身体时的行为方式很重要,随着在医学和消费产品中使用纳米颗粒的增加,这越来越重要。 Casabianca组使用实验溶液状态NMR技术,计算机建模和创新方法的组合来改善NMR和磁共振成像(MRI)的敏感性,以确定肽和蛋白质与纳米颗粒表面相互作用的结构。这项工作的综合教育目标旨在增加南卡罗来纳州的女性和少数族裔学生的数量,他们对使用计算机科学解决化学问题感到兴奋。通过开发本科计算化学课程,将计算机编程引入初级量子力学课程,并创建有趣而令人兴奋的课程,其中包括MRI和计算机科学的夏令营,为中学Girls.NMR不适合,这是通过开发本科计算化学课程,并创建有趣而令人兴奋的课程来解决这一问题。表面研究由于其敏感性低。为了解决这个问题,Casabianca实验室正在使用动态核极化(DNP)来增强纳米颗粒表面附近的核的NMR信号。他们正在校准从纳米颗粒表面到附近核的极化转移的距离,并为MRI创建了DNP增强的纳米颗粒示踪剂。这项研究的更广泛的影响将源自NMR方法的开发,用于理解纳米颗粒表面的相互作用,该方法可应用于在应用中使用的纳米颗粒,例如药物输送,催化,对比剂和生物传感器。教育计划的更广泛影响包括增加对计算化学感兴趣的南卡罗来纳州的女性和少数族裔学生的数量。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子和更广泛的影响评估标准来通过评估来获得支持的。 。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
13C Saturation-Transfer Difference (STD)-NMR Experiments Using INEPT Polarization Transfer
  • DOI:
    10.1007/s00723-019-01182-0
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Hui Xu;Daniel G. Lustig;L. Casabianca
  • 通讯作者:
    Hui Xu;Daniel G. Lustig;L. Casabianca
Solid-state nuclear magnetic resonance studies of nanoparticles
Probing Amino Acid Interaction with a Polystyrene Nanoparticle Surface Using Saturation-Transfer Difference (STD)-NMR
使用饱和传递差 (STD)-NMR 探测氨基酸与聚苯乙烯纳米颗粒表面的相互作用
Calculating nuclear magnetic resonance chemical shifts in solvated systems
  • DOI:
    10.1002/mrc.4994
  • 发表时间:
    2020-02-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Casabianca, Leah B.
  • 通讯作者:
    Casabianca, Leah B.
Comprehensive Multiphase NMR Examination of Amino Acids Binding to the Dynamic Shell of Polystyrene Nanoparticles to Understand Environmental Hazards Associated with Nanoscale Plastic
  • DOI:
    10.1021/acsanm.2c03597
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Rajshree Ghosh Biswas;R. Soong;Daniel Schmidig;Peter de Castro;Stephan Graf;F. Busse;A. Simpson;L. Casabianca
  • 通讯作者:
    Rajshree Ghosh Biswas;R. Soong;Daniel Schmidig;Peter de Castro;Stephan Graf;F. Busse;A. Simpson;L. Casabianca
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