Dof. Traag. Onveranderlijk. Alsof je verf ziet drogen.

Maar als je die verf eens nader bekijkt - helemaal tot op nanoschaal - en er is veel meer aan de hand dan je zou denken.

Onderzoekers in het Gilchrist Laboratory in de P.C. Rossin College of Engineering en Applied Science observeren de evolutie van coatings terwijl ze drogen met baanbrekende precisie op microschaal. Hun resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Dunne filmcoatings doen veel meer dan muren opfleuren. Bijvoorbeeld, ze kunnen worden gebruikt als farmaceutische apparaten in eetbare films, vergelijkbaar met die voor het afleveren van medicijnen die worden gebruikt om de opioïde-epidemie te bestrijden. Hoe deze coatings drogen, kan hun eigenschappen veranderen, wat vooral belangrijk is voor films die worden gebruikt bij medicijnafgifte.

In hun krant "Chemische versus mechanische microstructuurevolutie bij het drogen van colloïde en polymeercoatings, " De Lehigh-onderzoekers keken naar hoe deeltjes zichzelf herschikken tijdens het drogen wanneer hun interacties zijn afgestemd. Deze deeltjes gedroegen zich als een surrogaat voor het actieve farmaceutische ingrediënt in een medicijnafgiftefilm.

Afgestudeerde student Titiporn Kaewpetch kijkt direct in deze films met behulp van confocale laserscanningmicroscopie met hoge snelheid om duizenden afbeeldingen te maken die op nanoschaal details geven van hoe deeltjes stromen en samenkomen tijdens het drogen. Gigabytes aan gegevens voor elke film worden weergegeven om hun 3D-structuur te onthullen, het geven van simulatie-achtige details over de anders verborgen interne processen die plaatsvinden.

De onderzoekers ontdekten dat wanneer deeltjes elkaar aantrekken, ze vormen een steiger die knikt en breekt tijdens het drogen als gevolg van de beweging van de bovenste interface. "De microstructuur voor aantrekkelijke deeltjes op elk punt tijdens het drogen is gerelateerd aan de geschiedenis van de filmevolutie, " zegt James Gilchrist, een professor in de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering. Hun 3D-analyse van de evolutie van de microstructuur onthult duidelijke kenmerken van dit proces tijdens het drogen in vergelijking met die waarbij deeltjes weerzinwekkend zijn.

"In echte medicijnafgiftesystemen, er zijn veel ingrediënten die met elkaar in wisselwerking staan, altijd veranderende concentratie en hun interacties tijdens het drogen, ", zegt Gilchrist. "Door dit proces terug te brengen tot de essentiële ingrediënten, we kunnen deze interacties zien terwijl ze plaatsvinden. Dit kan nieuwe inzichten opleveren in de productie van deze films."