Fabricating bio-nanocomposites using integrated circuit-based advanced manufacturing techniques
使用基于集成电路的先进制造技术制造生物纳米复合材料
基本信息
- 批准号:RGPIN-2019-04935
- 负责人:
- 金额:$ 2.4万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2020
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2020-01-01 至 2021-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Surface topographic-based cell-manipulating chips with protruding 3D nano- and micro-structures have the ability to detect cancer cells and promote bone growth in laboratory environments. However, it is often difficult to implement these chips in the healthcare industry, in part due to the delicate nature and defect sensitivity of their small surface features. This multi-disciplinary research program will create a new class of bio-nanocomposites using a novel scientific approach to manipulate cells. The proposed new biomaterial will have unparalleled performance in healthcare industrial applications such as surgical implants and lab-on-a-chip technology. The surfaces of the proposed bio-nanocomposites, fabricated by using advanced integration circuit (IC) manufacturing techniques, are flat and smooth while maintaining cell manipulation functionalities through intricate nano-patterns of dissimilar classes of materials with various physical properties such as surface energy and protein adsorption characteristics. However, the process of fabricating and designing these new devices is complex and challenging. Furthermore, there is a knowledge gap in understanding cell behaviour on flat-smooth surfaces that are constructed with nano-patterns of different classes of materials.
The overarching goal of this research program is developing novel fabrication processes for mechanically robust bio-nanocomposite surfaces and expanding our knowledge in the field of cell morphology control and adhesion on this new class of biomaterial. New IC-based fabrication methods, such as high-precision nanometer scale chemical-mechanical polishing/planarization (CMP) techniques, will be developed to manufacture the proposed bio-nanocomposites. Cell behaviours on these composites will be characterized and proteins produced by the adherent cells will be analyzed. Mathematic models will be formulated to predict cell behaviours on the bio-nanocomposite structures. Novel medical and bioengineering applications that utilize this new composite will be developed. The successful development of the proposed bio-nanocomposite will lead to the development of Canada's first IC-based CMP fabrication facilities for biomaterial devices. The knowledge from this research program will produce new surface pattern design rules for future nanocomposite-based surgical implants with an unmatched success rate and a reduced number of post-surgical bacterial infections. This dual-use technology can also be directly applied to nanoelectronic and quantum computer chip fabrications, a field which is considered a national security interest. This proposed program will train HQP in advanced IC fabrication techniques, bio-molecular characterizations, and microbiology. Students would be well-positioned to pursue careers in the medical device and IC fabrication industries.
具有突出的3D纳米结构的基于表面地形的细胞操纵芯片具有检测癌细胞并促进实验室环境中骨骼生长的能力。 但是,通常很难在医疗保健行业实施这些芯片,部分原因是它们的小表面特征的微妙性质和缺陷敏感性。该多学科研究计划将使用一种新型的科学方法来操纵细胞。拟议的新生物材料将在医疗保健工业应用中具有无与伦比的性能,例如手术植入物和片上实验室技术。通过使用先进的集成电路(IC)制造技术制造的拟议的生物纳米复合材料的表面是平坦而光滑的,同时通过具有各种物理特性的各种物理特性(例如表面能和蛋白质吸附特征)通过复杂的材料类别的复杂纳米模式来维持细胞操纵功能。但是,制造和设计这些新设备的过程是复杂且具有挑战性的。此外,了解用不同类别材料的纳米模式构建的平滑表面上的细胞行为存在知识差距。
该研究计划的总体目标是开发新型的制造过程,以机械稳健的生物纳米复合表面,并扩展我们在细胞形态控制领域的知识和对这一新的生物材料类别的粘附领域。将开发出新的基于IC的制造方法,例如高精度纳米尺度化学机械抛光/平面化(CMP)技术,以制造拟议的生物纳米复合材料。这些复合材料上的细胞行为将被表征,并分析由粘附细胞产生的蛋白质。数学模型将被制定以预测生物 - 纳米复合结构上的细胞行为。将开发利用这种新综合材料的新型医学和生物工程应用。拟议的生物纳米复合材料的成功开发将导致加拿大首个基于IC的CMP制造设施用于生物材料设备。该研究计划的知识将为未来的基于纳米复合材料的外科植入物生成新的表面模式设计规则,其成功率无与伦比,并且术后细菌的数量减少。这项双重用途技术也可以直接应用于纳米电子和量子计算机芯片制造,这是一个被认为是国家安全利益的领域。该提出的计划将培训HQP的高级IC制造技术,生物分子特征和微生物学。学生将在医疗设备和IC制造行业中从事职业。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(0)
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