Een team van polymeerwetenschappelijke en technische onderzoekers aan de Universiteit van Massachusetts Amherst heeft voor het eerst aangetoond dat de posities van kleine, vlak, vaste objecten geïntegreerd in nanometrisch dunne membranen - die lijken op die van biologische cellen - kunnen worden gecontroleerd door de elastische krachten in het membraan zelf mechanisch te variëren. Deze onderzoeksmijlpaal is een belangrijke stap in de richting van het doel om ultradunne flexibele materialen te creëren die zichzelf organiseren en onmiddellijk reageren op mechanische kracht.

Het team heeft ontdekt dat stijve vaste platen in biomimetische vloeistofmembranen interacties ervaren die kwalitatief verschillen van die van biologische componenten in celmembranen. In celmembranen, vloeistofdomeinen of aanhangende virussen ervaren ofwel aantrekkingen ofwel afstotingen, maar niet allebei, zegt Weiyue Xin, hoofdauteur van het artikel waarin het onderzoek wordt beschreven, die onlangs verscheen in wetenschappelijke vooruitgang . Maar om vaste objecten precies in een membraan te positioneren, zowel aantrekkende als afstotende krachten moeten beschikbaar zijn, voegt Maria Santore toe, een professor in polymeerwetenschap en -techniek aan de UMass. In het Santore Lab bij UMass, Xin gebruikte gigantische unilamellaire blaasjes, of GUV's, die celachtige membraanzakken zijn, om de interacties tussen vaste objecten in een dunne, bladachtig materiaal. Net als biologische cellen, GUV's hebben vloeibare membranen en vormen een bijna bolvormige vorm. Xin wijzigde de GUV's zodat de membranen kleine, stevig, stijve plaatachtige massa's. Het team, een samenwerking tussen het Santore-lab en de Grason-theoriegroep in de afdeling polymeerwetenschap en -techniek van UMass, is de eerste die aantoont dat door de kromming en spanning van het membraan te wijzigen, de plaatachtige massa's zouden kunnen worden gemaakt om elkaar aan te trekken en af ​​​​te stoten. Hierdoor konden de onderzoekers de posities van de platen in het membraan controleren.

De membraanspanning kan mechanisch worden aangepast, een micropipet gebruiken om de GUV op te blazen of te laten leeglopen, of fysiek, door osmose. In beide gevallen, wanneer het membraan gespannen is, de vlakke platen trekken elkaar geleidelijk aan, voorspelbaar vormen, herhaalbare arrangementen. Daarentegen, het verminderen van de spanning zorgt ervoor dat de platen uit elkaar migreren. In beide gevallen is de beweging en positionering van de platen voorspelbaar en controleerbaar.

Dit vermogen om de positionering van de platen in een membraan te sturen, is een gigantische stap in de richting van het ontwerpen van een materiaal dat reageert op stimuli en zichzelf kan organiseren op controleerbare en herconfigureerbare manieren. "Ons onderzoek heeft toepassingen in nanotechnologie en andere gebieden waar het wenselijk is om geavanceerde, flexibele apparaten die kunnen reageren op hun omgeving, ", zegt Xin. Een echte toepassing van het onderzoek van het team omvat flexibele, ultradun, en herconfigureerbaar, draagbare elektronica.