Correlative Tools for in Situ Analysis of Single Nanoparticles and their Ligands

单纳米颗粒及其配体原位分析的相关工具

基本信息

  • 批准号:
    1808502
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 48.53万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Designer gold nanoparticles consist of a metallic core surrounded by a molecular shell. Recent advances in nanoparticle growth have produced complicated star-like shapes that exhibit unique physical properties and are about 1/100 the diameter of a human hair. While the formation of the stellated structures is linked to the reaction conditions, controlled formation of particles with specific structural features remains a challenge since the growth mechanism is still unknown. With support from the Macromolecular, Supramolecular and Nanochemistry Program in the Division of Chemistry, Professor Teri Odom of Northwestern University is developing a series analytical tools to achieve higher structural and chemical information of single nanoparticles in their native growth environments. Using this toolkit, Professor Odom and her students are identifying key intermediates in nanoparticle formation that could advance our understanding of how complex nanostructures grow. The project could pave the way to create particles with specified shapes that would have broad implications for a range of technologies, including personalized medicine and single-molecule contaminant detection. The project trains future scientists, with outreach efforts focusing on developing a new general chemistry sequence and developing graduate and junior faculty training initiatives. The project also provides training opportunities for future scientists through programs such as 'Nano Scout Day' at the Alder Planetarium. Professor Odom also actively outreaches to local middle school students targeting underrepresented minority students. This proposal aims to develop correlative tools to study metal nanoparticles and their immediate surrounding environment at the near-in situ, single-particle level. The work combines multiple tools in an integrated strategy to access real-time, statistical, and multi-functional information from individual nanoparticles. Although seedless growth conditions using a gold salt and Good's buffers have been shown to promote distinct curvature regions in nanoparticles that can result in specific, exquisite macroscale properties, identification of intermediates key to nanoparticle formation has not yet been possible. To determine how nanoparticle shape and their ligand distribution interacts with local environments, high-throughput, single-nanoparticle statistical data is required. The research objectives include: (1) repurposing electron paramagnetic resonance spectroscopy to correlate the generation of different radicals with nanoparticle intermediate shapes and final products; (2) visualizing structural evolution of single nanoparticles during growth with wide-field differential interference contrast optical microscopy; and (3) mapping ligand distributions on different particle surfaces with one-of-a-kind tools such as time-of-flight secondary ion mass spectrometry using particle projectiles.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.
设计师金纳米颗粒由一个被分子壳包围的金属芯组成。纳米颗粒生长的最新进展产生了复杂的星形形状,表现出独特的物理特性,大约是人毛直径的1/100。尽管恒星结构的形成与反应条件有关,但具有特定结构特征的颗粒的受控形成仍然是一个挑战,因为生长机制仍然未知。在化学系的大分子,超分子和纳米化学计划的支持下,西北大学的Teri Odom教授正在开发一种分析工具,以实现其本地生长环境中单纳米颗粒的更高结构和化学信息。使用此工具包,Odom教授和她的学生正在识别纳米颗粒形成中的关键中间体,这些中间体可以提高我们对复杂纳米结构如何生长的理解。该项目可以为创建具有指定形状的粒子的方式铺平道路,这些形状将对一系列技术具有广泛的影响,包括个性化医学和单分子污染物检测。该项目训练未来的科学家,外展工作着重于制定新的一般化学序列,并开发了研究生和初级教师培训计划。该项目还通过诸如奥尔德天文馆的“纳米侦察日”等计划为未来的科学家提供了培训机会。 奥多姆教授还积极向针对代表人数不足的少数族裔学生的当地中学学生进行宣传。该提案旨在开发相关工具,以研究金属纳米颗粒及其在附近的单粒子水平上的周围环境。该作品结合了整合策略中的多个工具,可从各个纳米粒子中访问实时,统计和多功能信息。尽管已经证明了使用金盐和Good的缓冲液的无种子生长条件可以促进纳米颗粒中不同的曲率区域,从而导致特定的,精美的宏观属性特性,但尚无中间体的识别纳米粒子形成的关键。为了确定纳米颗粒形状及其配体分布如何与局部环境相互作用,需要高通量,单纳米粒子统计数据。研究目标包括:(1)重新利用电子顺磁共振光谱,以将不同自由基的产生与纳米颗粒中间形状和最终产物相关联; (2)在生长过程中可视化单纳米颗粒的结构演变,并具有宽视野差异对比度光学显微镜; (3)使用粒子弹丸的飞行时间二级离子质谱法上的不同颗粒表面上的配体分布映射。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的审查标准来通过评估来通过评估来支持的。

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)
Using Good’s Buffers To Control the Anisotropic Structure and Optical Properties of Spiky Gold Nanoparticles for Refractive Index Sensing
  • DOI:
    10.1021/acsanm.9b01117
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Roger M. Pallares;Terrence Stilson;Priscilla Choo;Jingtian Hu;Teri W. Odom
  • 通讯作者:
    Roger M. Pallares;Terrence Stilson;Priscilla Choo;Jingtian Hu;Teri W. Odom
Plasmonic nanostar photocathodes for optically-controlled directional currents
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-15115-0
  • 发表时间:
    2020-03-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Pettine, Jacob;Choo, Priscilla;Nesbitt, David J.
  • 通讯作者:
    Nesbitt, David J.
Label Free Particle-by-Particle Quantification of DNA Loading on Sorted Gold Nanostars
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.8b03715
  • 发表时间:
    2019-05-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Eller, Michael J.;Chandra, Kavita;Schweikert, Emile A.
  • 通讯作者:
    Schweikert, Emile A.
Investigating Reaction Intermediates during the Seedless Growth of Gold Nanostars Using Electron Tomography
使用电子断层扫描研究金纳米星无核生长过程中的反应中间体
  • DOI:
    10.1021/acsnano.1c10669
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Choo, Priscilla;Arenas-Esteban, Daniel;Jung, Insub;Chang, Woo Je;Weiss, Emily A.;Bals, Sara;Odom, Teri W.
  • 通讯作者:
    Odom, Teri W.
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