PN-III-P1.1-TE-2019-1450


RO


Platformă microfluidică multifuncțională de tipul lab-on-a-chip pentru fabricarea nanoparticulelor

Acronim: NANOCHIP

Cod Proiect: PN-III-P1.1-TE-2019-1450

Numărul Contractului:103

Start: 07 Septembrie 2020

Final: 06 Septembrie 2022

Durata: 24 Luni

Budget: 431.900,00 RON

Autoritatea Contractantă: UEFISCDI – Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării

Instituție: UPB-CNMN –  Universitatea POLITEHNICA din București – Centrul Național de Micro și Nanomateriale


Echipa proiectului

Director: Conf. dr.ing. Alexandru Mihai GRUMEZESCU

Membru tânăr cercetător: CS I Anton FICAI

Membru tânăr cercetător: CS III Bogdan Ștefan VASILE

Membru doctorand: drd.ing. Elena Alexandra STOICA (OPREA)

Membru doctorand: drd.ing. Alexandra Cristina BURDUȘEL

Membru doctorand: drd.ing. Alexandra Cătălina BÎRCĂ

Membru doctorand: drd.ing. Cristina CHIRCOV

Membru cercetător Postdoctoral: ACS Vladimir Lucian ENE


Obiectivul proiectului

Considerată tehnologia secolului 21, nanotehnologia a cunoscut progrese extraordinare în ultimii ani, cu impact multidimensional asupra societății. Aplicarea nanotehnologiei în medicină aduce noi perspective pentru diagnosticul, prevenția, tratamentul și monitorizarea bolilor. Totuși, există doar 50 de tipuri de nanoparticule(NP) aprobate pentru aplicații clinice, din cauza problemelor asociate care trebuie depășite: controlul limitat al proprietăților, lipsa uniformității, efecte imprevizibile în interiorul organismului și nevoia personalului specializat pentru sinteză. Prin acest proiect, propunem o soluție nouă care ar putea ajuta la progresul nanotehnologiei: dezvoltarea dispozitivelor lab-on-chip (LoC) pentru sinteza de NP și sisteme de administrare a medicamentelor. Pe baza experienței noastre anterioare, vom proiecta și fabrica un dispozitiv LoC tot-într-unul pentru sinteza completă a NP. Ulterior, vom dezvolta un dispozitiv LoC pentru fabricarea într-o singură etapă a microparticulelor polimerice care încapsulează NP de magnetită. Punctul de pornire al acestui proiect este un dispozitiv LoC fabricat anterior, care s-a dovedit util pentru dezvoltarea microparticulelor polimer-polimer pentru eliberarea controlată a moleculelor bioactive. Obiectivele proiectului nostru sunt: 1)Fabricarea dispozitivelor LoC potrivite; 2)Sinteza NP de Fe3O4 folosind dispozitivul LoC; 3)Optimizarea dispozitivului LoC pentru a elimina variabilitatea și a spori reproductibilitatea; 4)Dezvoltarea unui sistem hibrid de administrare de medicamente bazat pe microparticule polimerice care încapsulează NP de Fe3O4. Materialele sintetizate vor fi caracterizate pentru a evalua proprietățile lor fizico-chimice și asigura reproductibilitatea dispozitivelor LoC. Astfel, suntem încrezători că acest proiect poate reprezenta pasul inițial în progresul nanotehnologiei, oferind mijloace de sinteză standardizate a nanomaterialelor și avansând de la conceptul de variabilitate spre reproductibilitate.


Plan de lucru

Etapa 1

Dispozitiv de tip LoC, utilizând date de literatură, pentru sinteza nanoparticulelor de magnetită

•          Sinteza nanoparticulelor de magnetita folosind dispozitivul LoC

•          Caracterizarea (prin TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) a nanoparticulelor sintetizate

Etapa 2

Proiectarea,fabricarea si testarea dispozitivului LoC prin sinteza nanoparticulelor de magnetită

•          Proiectarea unui dispozitiv LoC pentru sinteza nanoparticulelor de magnetita

•          Fabricarea și caracterizarea (prin microscopie) a dispozitivului LoC pentru sinteza nanoparticulelor de magnetita

•          Sinteza nanoparticulelor de magnetita folosind dispozitivul LoC nou fabricat

•          Caracterizarea (prin TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) a nanoparticulelor sintetizate

•          Optimizarea dispozitivului LoC

•          Sinteza nanoparticulelor utilizând dispozitivul LoC optimizat

•          Caracterizarea (prin TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) a nanoparticulelor sintetizate

Etapa 3

Dezvoltarea unui sistem polimeric hibrid pentru livrarea de medicamente care încapsulează nanoparticulele funcționalizate folosind dispozitivul LoC

•          Proiectarea unui dispozitiv LoC pentru sinteza microparticulelor polimerice care încapsulează nanoparticulele de magnetită

•          Fabricarea dispozitivului LoC pentru sinteza microparticulelor polimerice care încapsulează nanoparticulele de magnetită

•          Sinteza microparticulelor polimerice care încapsulează nanoparticulele de magnetită folosind dispozitivul LoC

•          Caracterizarea (prin TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) a microparticulelor polimerice sintetizate care încapsuleazănanoparticulele de magnetită

•          Optimizarea dispozitivului LoC

•          Sinteza microparticulelor polimerice care încorporează nanoparticulele utilizând dispozitivul LoC optimizat

Caracterizarea (prin TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) a microparticulelor polimerice sintetizate


Diseminarea rezultatelor


EN


Multifunctional lab-on-a-chip microfluidic platform for the fabrication of nanoparticles

Abbreviation: NANOCHIP

Project code: PN-III-P1.1-TE-2019-1450

Contract number: 103

Start: 07 September 2020

End: 06 September 2022

Duration: 24 months

Budget: 431.900,00 RON

Contracting authority: UEFISCDI – Executive Unit for Financing Higher Education, Research, Development and Innovation

Coordinating institution: UPB-CNMN – University POLITEHNICA of Bucharest – National Center for Micro and Nanomaterials


Project team

Project manager: Assoc.Prof.PhD.Eng. Alexandru Mihai GRUMEZESCU

Early-stage researcher: RSI Anton FICAI

Early-stage researcher: RSIII Bogdan Ștefan VASILE

PhD student: Eng. Elena Alexandra STOICA (OPREA)

PhD student: Eng. Alexandra Cristina BURDUȘEL

PhD student: Eng. Alexandra Cătălina BÎRCĂ

PhD student: Eng. Cristina CHIRCOV

Postdoctoral researcher: SRA Vladimir Lucian ENE


Project objective

Considered the technology of the 21st century, nanotechnology has witnessed tremendous advancements in the recent years, with multidimensional impacts to society. The application of nanotechnology in the health care system brings new prospect for the diagnosis, prevention, treatment, and follow-up of various diseases. However, there are only 50 types of nanoparticles (NPs) approved for clinical use, as there are still some issues that need to be overcome: limited control of the properties, lack of uniformity, unpredictable effects inside the body, and need of specialized personnel for the synthesis processes. Through this project, we propose a potential solution that could revolutionize nanotechnology: the development of lab-on-chip (LoC) devices for the synthesis of NPs and drug delivery systems. Based on our previous experience, we will focus on the design and fabrication of an all-in-one LoC device for the synthesis of ready-to-use magnetite NPs. Further, we will develop a LoC device for the one-step fabrication of polymeric microparticles encapsulating magnetite NPs. The starting point is our previously manufactured LoC device which has been proved useful for developing polymer-polymer microparticles for the controlled release of bioactive molecules. The objectives of our project are: 1) Fabrication of suitable LoC devices; 2) Synthesis of magnetite NPs using the LoC device; 3) Optimization of the LoC device to eliminate the variability and enhance reproducibility; 4) Development of a hybrid drug delivery system based on polymeric microparticles encapsulating magnetite NPs. All the synthesized materials will be characterized in order to assess their precise physico-chemical properties and ensure the reproducibility of our devices. Thus, we are confident that this project represents the initial step in revolutionizing nanotechnology by providing the means to synthesize standardized nanomaterials and advancing from the concept of variability towards reproducibility.


Working plan

Stage 1

LoC device, using literature information, for the synthesis of magnetite nanoparticles

•          Synthesis of magnetite nanoparticles using the LoC device

•          Characterization (through TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) of the synthesized nanoparticles

Stage 2

Design, fabrication and testing of an LoC device through the synthesis of magnetite nanoparticles

•          Design of an LoC device for the synthesis of magnetite nanoparticles

•          Fabrication and characterization (by microscopy) of the LoC device for the synthesis of magnetite nanoparticles

•          Synthesis of magnetite nanoparticles using the novel LoC device

•          Characterization (by TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) of the synthetized magnetite nanoparticles

•          Optimization of the LoC device

•          Synthesis of magnetite nanoparticles using the optimized LoC device

•          Characterization (by TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) of synthetized magnetite nanoparticles

Stage 3

Development of a hybrid polymeric drug delivery system incorporating functionalized nanoparticles using the LoC device

•          Design of a LoC device for the synthesis of polymeric microparticles encapsulating magnetite nanoparticles

•          Fabrication of the LoC device for the synthesis of polymeric microparticles encapsulating magnetite nanoparticles

•          Synthesis of polymeric microparticles encapsulating magnetite nanoparticles using the LoC device

•          Characterization (by TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) of the synthesized polymeric microparticles encapsulating magnetite nanoparticles

•          Optimization of the LoC device

•          Synthesis of polymeric microparticles encapsulating magnetite nanoparticles using the optimized LoC device

•          Characterization (by TEM, SAED, EDAX, SEM, XRD, FT-IR, DTA-TG) of the synthetized polymeric microparticles


Results dissemination