Het team demonstreerde vervolgens hoe onderzoekers met zo'n mastermal het uit meerdere stappen bestaande fabricageproces konden voltooien. Eerst maakten de wetenschappers een 'negatief' van de meester met een zachte mal door een vloeibaar polymeer op de harde siliconen mal te gieten, deze te laten stollen en vervolgens af te pellen. Hierdoor ontstond een buigzame mal met een reeks cilindrische holle holtes.

In de volgende stap vulden de wetenschappers elke holte met een vloeibare voorloper van een hydrogel:een netwerk van verknoopte polymeren die grote hoeveelheden water kunnen absorberen. De hydrogel, die zo is ontworpen dat hij krimpt of opzwelt als reactie op veranderingen in de zuurgraad of andere eigenschappen in de micro-omgeving, is een belangrijk onderdeel van de GEMS. Technische hydrogels zijn goedkoop en gemakkelijk te maken.

Nadat de hydrogels waren uitgehard door ze bloot te stellen aan ultraviolet licht, haalde het NIST-team ze uit hun zachte mal, vergelijkbaar met het uitknijpen van ijsblokjes uit een siliconen bakje. De cilindrische hydrogels werden vervolgens ondergedompeld in een bad met ijzerzouten en overgebracht naar een basische oplossing, die de door de hydrogels geabsorbeerde ijzerzouten omzet in magnetische oxidedeeltjes.

De sterkte van het magnetische veld van elke hydrogel heeft een directe invloed op MRI, die de kleine magnetische velden van protonen manipuleert om interne structuren in het menselijk lichaam in beeld te brengen. Protonen gedragen zich als draaiende gemagnetiseerde toppen, die aanvankelijk allemaal in een willekeurige richting wijzen.

Een MRI-machine lijnt het magnetische veld van de protonen uit met zijn eigen sterke magnetische veld en verstoort vervolgens die uitlijning door de protonen te kietelen met een puls van radiogolven met een resonantiefrequentie die ervoor zorgt dat de protonen afwisselend "ontspannen" in hun oorspronkelijke toestand en vervolgens weer op één lijn komen. Terwijl de protonen heen en weer bewegen tussen de twee toestanden, zenden ze radiogolven uit, die worden vertaald in MRI-beelden.

Ondertussen veranderen de hydrogels van vorm als reactie op veranderingen in de lokale omstandigheden, waardoor hun magnetische veld sterker of zwakker wordt.

Het veranderende magnetische veld van de GEMS verschuift de resonantiefrequentie van de protonen die in of nabij de sondes liggen. Door de verschuiving te meten, kan MRI detecteren hoe de GEMS hun vorm hebben veranderd als reactie op een specifieke eigenschap in hun lokale omgeving.

GEMS die zijn gebouwd met het soft-mold-proces kunnen worden aangepast om hun vorm te veranderen aan een groot aantal omgevingseigenschappen, waardoor onderzoekers de sondes kunnen gebruiken om een ​​reeks biomedische aandoeningen te onderzoeken, aldus Oberdick.

Meer informatie: Samuel D. Oberdick et al., Gevormde Magnetogel-microdeeltjes voor multispectraal magnetisch resonantiecontrast en detectie, ACS-sensoren (2023). DOI:10.1021/acssensors.3c01373

Journaalinformatie: ACS-sensoren

Aangeboden door het National Institute of Standards and Technology

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.