CAREER: Solvent-Free Synthesis of Polymeric Nanostructures with Targeted Properties

职业:无溶剂合成具有目标性能的聚合物纳米结构

基本信息

  • 批准号:
    2144171
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2026-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This award is funded in whole or in part under the American Rescue Plan Act of 2021 (Public Law 117-2).This Faculty Early Career Development (CAREER) grant will support research that enables advances in the manufacturing science of polymer nanoparticles. The manufacturing of polymer nanoparticles is motivated by the socioeconomic impact on the US economy which spans both medical and commercial activities. Polymer nanoparticles are currently synthesized via a solution-based batch processes, which can limit their broad deployment and constrain the available nanoparticles to a spherical shape with solid internal morphology using a limited selection of chemical compositions. To overcome these challenges, this research provides the needed knowledge for the development of a new scalable manufacturing paradigm that produces polymer nanoparticles with programmable shape, size, porosity, and chemistries. The programmable polymer nanoparticles could find important uses as injectable implants or in programmable drug delivery, transforming the impact of nanoparticles on the economy and employment. The methodology for synthesis of programmable nanoparticles can be adopted for the design of a broad range of nanomaterials, accelerating the growth of this multi-billion-dollar industry in the US. The manufacturing technique is scalable and modular, providing parallel paths for both centralized and decentralized manufacturing. Education and outreach activities will be integrated throughout the duration of this award through a common theme that is focused on active learning and broadening the participation of women in STEM and technology transfer. The research develops a methodology for the continuous production of programmable polymeric nanoparticles via a non-equilibrium manufacturing process utilizing chemical vapor deposition (CVD). The CVD process is solvent-free and can be a scalable manufacturing process for organic-based nanoparticles potentially extendable soft materials such as a variety of polymers. This project addresses that challenge for nanostructure formation based on non-equilibrium phenomena, including dropwise condensation, solvent-free polymerization, dynamic dewetting, evaporation, and flow-directed structure formation enabled by the process. The research addresses the fundamental questions that are key to achieving this methodological advance: (1) kinetics of condensation and polymerization of nonpolar nanodrops for controlled particle size and size distribution; (2) non-equilibrium dewetting on an engineered/patterned interface to define the particle geometry; and (3) molecular complexes and interfacial flow to enable porous internal morphologies for the nanoparticles.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.
该奖项的全部或部分资金根据《2021 年美国救援计划法案》(公法 117-2)提供。该教师早期职业发展 (CAREER) 赠款将支持促进聚合物纳米颗粒制造科学进步的研究。聚合物纳米颗粒的制造是受到对美国经济(涵盖医疗和商业活动)的社会经济影响的推动。聚合物纳米粒子目前是通过基于溶液的批量工艺合成的,这可能限制其广泛部署,并使用有限的化学成分选择将可用的纳米粒子限制为具有固体内部形态的球形形状。为了克服这些挑战,这项研究为开发新的可扩展制造范例提供了所需的知识,该范例可生产具有可编程形状、尺寸、孔隙率和化学成分的聚合物纳米粒子。可编程聚合物纳米粒子可以作为可注射植入物或可编程药物输送找到重要用途,从而改变纳米粒子对经济和就业的影响。可编程纳米颗粒的合成方法可用于设计多种纳米材料,从而加速美国这一价值数十亿美元的产业的发展。制造技术是可扩展和模块化的,为集中式和分散式制造提供并行路径。教育和外展活动将贯穿该奖项的整个期间,通过一个共同主题进行整合,该主题侧重于主动学习和扩大女性对 STEM 和技术转让的参与。该研究开发了一种利用化学气相沉积(CVD)通过非平衡制造工艺连续生产可编程聚合物纳米颗粒的方法。 CVD 工艺是无溶剂的,并且可以成为有机纳米粒子潜在可延伸软材料(例如各种聚合物)的可扩展制造工艺。该项目解决了基于非平衡现象的纳米结构形成的挑战,包括逐滴冷凝、无溶剂聚合、动态去湿、蒸发和该过程实现的流向结构形成。该研究解决了实现这一方法论进展的关键的基本问题:(1)非极性纳米滴的缩合和聚合动力学,以控制粒径和尺寸分布; (2) 在工程/图案界面上进行非平衡去湿,以定义颗粒几何形状; (3) 分子复合物和界面流动,以实现纳米颗粒的多孔内部形态。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(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
All-dry free radical polymerization inside nanopores: Ion-milling-enabled coating thickness profiling revealed “necking” phenomena
纳米孔内的全干自由基聚合:离子铣削涂层厚度分析揭示了“颈缩”现象
Recent progress in non-photolithographic patterning of polymer thin films
聚合物薄膜非光刻图形化的最新进展
  • DOI:
    10.1016/j.progpolymsci.2023.101688
  • 发表时间:
    2023-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    27.1
  • 作者:
    Qiu, Mingjun;Du, Weiwei;Zhou, Shangyu;Cai, Pengzhe;Luo, Yingwu;Wang, Xiaoxue;Yang, Rong;Zhao, Junjie
  • 通讯作者:
    Zhao, Junjie
Engineering solvation in initiated chemical vapour deposition for control over polymerization kinetics and material properties
引发化学气相沉积中的工程溶剂化,用于控制聚合动力学和材料性能
  • DOI:
    10.1038/s44160-023-00242-5
  • 发表时间:
    2023-02-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Pengyu Chen;Zheyuan Zhang;Zachary W Rouse;S. Baker;Jingjie Yeo;Rong Yang
  • 通讯作者:
    Rong Yang
Versatile and Rapid Synthesis of Polymer Nanodomes via Template- and Solvent-free Condensed Droplet Polymerization
通过无模板和无溶剂凝聚液滴聚合多功能快速合成聚合物纳米圆顶
  • DOI:
    10.1021/acs.chemmater.2c00964
  • 发表时间:
    2022-06-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Trevor Franklin;Danielle L. Streever;Rong Yang
  • 通讯作者:
    Rong Yang
Controlling Morphology of Polymer Particles Synthesized from Condensed Monomer Droplets
控制由凝聚的单体液滴合成的聚合物颗粒的形态
  • DOI:
    10.1021/acs.chemmater.3c00285
  • 发表时间:
    2023-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Franklin, Trevor;Yang, Rong
  • 通讯作者:
    Yang, Rong
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  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Shunjie Ye;Rong Yang;Qiu;You;Lianying Zhou;Yeli Gong;Changlei Li;Zhenhan Ding;Guohai Ye;Z. Xiong
  • 通讯作者:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    Y. Liu;Xueying Li;Yuanzheng Sun;Rong Yang;Younki Lee;Jou‐Hyeon Ahn
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    10.1097/md.0000000000036976
  • 发表时间:
    2024-02-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Rong Yang;Yuan Ai;Ting Bai;Xiao;Guo
  • 通讯作者:
    Guo
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  • 发表时间:
    2020-01-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Si;Zhongliang Gong;Jiang‐Yang Shao;Rong Yang;Yu‐Wu Zhong
  • 通讯作者:
    Yu‐Wu Zhong

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