Barmannen en koks erkennen al lang de waarde van een sinaasappeltwist, maar dankzij onderzoekers van de University of Central Florida, sinaasappels uitpersen kan ons een nieuwe manier geven om medicijnen toe te dienen of om brugstoringen op te sporen voordat ze zich voordoen.

Engineering assistent-professor Andrew K. Dickerson en afgestudeerde student Nicholas M. Smith hebben ontdekt hoe sinaasappels die dunne stroom geurige olie vrijgeven wanneer ze worden geperst. Ze karakteriseerden de structuur van de sinaasappelschillen en ontdekten de rol die de lagen hebben om de microjet-dynamiek te creëren. Door het natuurlijke mechanisme van een oranje laag na te bootsen, farmaceutische bedrijven kunnen mogelijk een goedkopere en minder complexe manier ontwikkelen om medicijnen via de lucht af te leveren.

"We bestuderen natuurlijke systemen om wiskundig te karakteriseren hoe de schepping werkt, en ondanks de alomtegenwoordigheid van de consumptie van citrusvruchten, deze jets waren niet eerder onderzocht, " zei Dickerson. "De natuur is onze grootste inspiratiebron voor het aanpakken van problemen in de echte wereld."

De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het fruit van Florida is complex. De harde buitenlaag beschermt de vrucht, en een witte sponsachtige laag net onder de huid heeft microscopisch kleine reservoirs van olie in verborgen zakken. Het sponsachtige materiaal absorbeert schokken, maar wanneer het tot een kritische druk wordt geperst, duwt het omhoog en scheurt een minuscuul deel van de harde buitenlaag open om zijn geurige stroom te spuiten. Deze microjets zijn klein maar snel, hun holten verlaten met een gemiddelde snelheid van 22 mph door 5 te versnellen, 000 G's, wat overeenkomt met ongeveer 1, 000 keer de kracht die astronauten voelen bij de lancering.

"Er zijn verschillende mogelijke toepassingen, ' zei Smith. 'Bijvoorbeeld, voor astmapatiënten, je zou een klein stukje materiaal kunnen hebben dat noodmedicatie zou verstuiven die je momenteel in dure, inhalatoren voor meerdere doeleinden. Deze aanpak is mogelijk minder duur en biologisch afbreekbaar."

Uit een sinaasappelschil komt een olieachtige substantie vrij, en de dynamiek zou moeten gelden voor andere soorten vloeistoffen, aldus de onderzoekers.

Maar er is nog wat onderzoek nodig voordat de sinaasappelschil-aanpak aan het werk gaat bij het toedienen van medicijnen.

"Eerst, we moeten maten en verhoudingen uitwerken, " zei Dickerson. "Het is belangrijk om precies te begrijpen hoe de microjets werken en hoe ze hun stabiliteit kunnen afstemmen op medische toepassingen. De grootte van de druppeltjes en de hoeveelheid medicatie die ze dragen is van cruciaal belang. We hebben nog een lange weg te gaan voordat toepassingen kunnen worden onderzocht."

Maar als dat gebeurt, de mogelijkheden worden alleen beperkt door de verbeelding.

"Stel je een zelfdiagnostische brug voor, "Zei Dickerson. "Het zou een sinaasappelachtige huidlaag hebben en als je materiaalfalen nadert, je zou een preventieve waarschuwing krijgen, een kleurverandering misschien."

Dickerson, een vloeistofdynamische expert, maakt carrière door de natuur te bestuderen. Hij heeft al verschillende artikelen gepubliceerd waarin hij bekijkt wat er kan worden geleerd van de spreekwoordelijke natte-hondschok en hoe muggen botsingen met regendruppels overleven. Door de shake te bestuderen, begrijpen we hoe we grote oppervlakken zoals zonnepanelen zelf kunnen drogen. En bestuderen hoe muggen regen overleven, zou kunnen helpen bij het creëren van strategieën voor de bestrijding van de ziekteverwekkende insecten.

"Er zijn landelijk maar weinig laboratoria die dit soort onderzoek doen, Smith zei. "Dat is een van de redenen waarom ik naar UCF ben gekomen om mijn afstudeerwerk te doen. Dit zijn spannende dingen. De natuur heeft miljarden jaren gehad om de technische principes goed te krijgen en ik mag ernaar kijken, zoek ze uit en speel dan met ze om problemen op te lossen. Dat is best spannend!"