Onderzoekers beginnen het gedrag van zogenaamde "actieve" deeltjes te begrijpen, die, als het kan worden gecontroleerd, heeft potentiële implicaties voor gemanipuleerde medicijnafgiftesystemen en slim 3D-printen, volgens een interdisciplinair onderzoeksteam van Penn State.

Onder leiding van Igor Aronson, Dorothy Foehr Huck en J. Lloyd Huck leerstoel hoogleraar biomedische technologie, Scheikunde en Wiskunde, de onderzoekers publiceerden hun nieuwe bevindingen over actieve deeltjes op 16 november in Geavanceerde intelligente systemen .

Typisch, de deeltjes - die biologisch kunnen zijn, maar, in dit geval, zijn cilindrische platina-gouden nanostaafjes, kleiner dan een rode bloedcel met de helft - stroom in vloeistof door een microkanaal in een taps toelopend mondstuk. Eenmaal daar verzameld, ze kunnen worden gebruikt in additieve fabricage om 3D-printobjecten te printen of om therapieën rechtstreeks aan cellen te leveren.

Wanneer de deeltjes energie uit de omgeving kunnen verbruiken en actief worden, echter, hun gedrag verandert, volgens Leonardo Dominguez Rubio, eerste auteur op het papier en promovendus in het lab van Aronson.

De onderzoekers doseerden de nanostaafjes met waterstofperoxide, energie creëren die de nanostaafjes kunnen benutten en omzetten in mechanische beweging.

"Deze deeltjes zwemmen, "Zei Dominguez Rubio. "Ze rijden zichzelf voort. Dat maakt ze slim. Als we hun positie en oriëntatie kunnen controleren, we kunnen hun eigendommen exploiteren."

Volgens Dominguez Rubio, als alle deeltjes in een materiaal zijn uitgelijnd, dan zouden de mechanische eigenschappen van het materiaal een kenmerk in de ene richting en een andere in een andere richting kunnen vertonen. Het probleem is te begrijpen hoe de uitlijning kan worden gecontroleerd.

"Er is veel onderzoek gedaan naar het transport van passieve deeltjes van verschillende vormen, "Aronson zei. "In de afgelopen honderd jaar, de wetenschappelijke gemeenschap heeft een goed begrip ontwikkeld van hoe dit gebeurt. We kunnen passieve deeltjes betrouwbaar manipuleren. Actieve deeltjes, echter - de zwemmende deeltjes vertonen een heel ander gedrag dat we net zijn gaan verkennen."

In tegenstelling tot de passieve deeltjes die naar het taps toelopende mondstuk drijven, evenwijdig aan de bodem van de container blijven en enigszins gelijkmatig verdeeld over de oplossing, de actieve zwemdeeltjes springen rechtop en kantelen tegen de stroom in. Ze klonteren ook langs de wanden van de container en bij de mondstukingang.

"De stroomparameters zijn anders, "Zei Dominguez Rubio. "We moeten ze begrijpen om dit gedrag te kwantificeren en te ontwikkelen."

Dominguez Rubio legde uit dat zodra de onderzoekers de stroomparameters kunnen begrijpen en manipuleren, ze kunnen ze gaan toepassen. Direct, echter, hij zei, het probleem is als een poging om een ​​medicijn aan een patiënt toe te dienen. De arts wil dat het medicijn bij de patiënt terechtkomt, maar het medicijn zwemt actief weg van de injectie.

"Bij dit onderzoek we ontdekten dat het motiliteitsmechanisme en zelforganisatie veel complexer is dan we ons in het begin hadden voorgesteld, ' zei Aronson.

De onderzoekers zullen doorgaan met het ontwikkelen van een model om het gedrag van deeltjes te voorspellen, en experimenteer met hoe de vorm van het mondstuk de actieve deeltjesbeweging erdoorheen beïnvloedt.