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Programmable Nanomatter

Description du projet

Les nanomatériaux programmables et auto-assemblés ouvrent de nouvelles perspectives pour la biomédecine et les matériaux intelligents

La nanorobotique et les systèmes auto-organisés constituent un domaine pionnier de la nanotechnologie dans lequel des unités individuelles simples collaborent pour accomplir des tâches complexes sans contrôle centralisé, imitant ainsi les essaims naturels tels que les colonies de fourmis ou les volées d’oiseaux. Combinant l’optimisation algorithmique, la simulation moléculaire et les expériences de nanotechnologie de l’ADN, le projet PRONANO, financé par le CER, vise à concevoir des unités nanométriques capables d’effectuer des opérations logiques et de s’auto-assembler dans des structures cibles déterminées par des stimuli biologiques externes. Ce projet mettra en évidence ce potentiel en élaborant des règles de conception universelle permettant d’obtenir des nanostructures d’ADN programmables et communicantes, capables de réagir à un stimulus biomoléculaire (ADN, ARN ou protéine). Les résultats pourraient permettre la construction à l’échelle nanométrique de structures 3D complexes avec des applications dans l’administration de médicaments, les diagnostics et les matériaux intelligents.

Objectif

PRONANO will develop both theoretical and experimental methods to design autonomous nanoscale units that are able to carry out logic operations in order to self-assemble into distinct structures determined by an external stimuli. The nanounits will be programmed to assemble via a controlled self-assembly kinetic pathway, ultimately enabling programmable nanomatter. We will develop new algorithmic framework that will find the optimal set of interactions and logic gate controls required for the coordinated function of nanoparticles. We will use multiscale coarse-grained modeling to design and simulate interactions of nanostructures with the capabilities to carry out computation and communication with other nanoparticles in order to act as a programmable swarm. We will realize these nanostructures experimentally using DNA nanotechnology, creating a system that can dynamically react to an externally introduced stimulus that induces them to self-assemble into target finite-sized structures. This work will create new methods for nanotechnology that combine optimization theory, molecular simulations and experiments to study the kinetics and thermodynamics of hierarchical multicomponent assembly. As part of this effort, we will develop universal design rules to obtain a set of DNA nanostructures that can carry out computation and communication in order to achieve specific nanostructures as instructed by a biomolecule (DNA, RNA, or protein) that will act as external stimulus. Thus we will create a system which is both computationally tractable and can be realized and iterated experimentally, opening new venues for nanorobotics and self-organized systems. It will enable nanoscale construction of complex three-dimensional structures as a response to external conditions, with applications in molecular manufacturing, therapeutics, diagnostics and smart material construction.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2021-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN
Contribution nette de l'UE
€ 1 449 239,82
Adresse
Arcisstrasse 21
80333 Muenchen
Allemagne
Région
Bayern Oberbayern München, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 449 239,82

Bénéficiaires (2)