(PhysOrg.com) -- Net zoals trilhaartjes die de longen bekleden, helpen doorgangen vrij te houden door deeltjes langs de uiteinden van de kleine haarstructuren te bewegen, door de mens gemaakte minuscule borstelharen, bekend als nanoborstels, kunnen wrijving langs oppervlakken op moleculair niveau helpen verminderen, onder andere.

In hun laatste reeks experimenten, Ingenieurs van Duke University hebben een nieuwe benadering ontwikkeld om deze nanoborstels te synthetiseren, die hun veelzijdigheid in de toekomst zouden kunnen verbeteren. Deze polymeerborstels worden momenteel gebruikt in biologische sensoren en microscopische apparaten, zoals microcantilevers, en ze zullen een belangrijke rol spelen in het toekomstige streven naar miniaturisatie, aldus de onderzoekers.

Nano-borstels zijn meestal gemaakt van polymeermoleculen die op vlakke oppervlakken zijn gegroeid met strengen van de moleculen die op en uit een oppervlak groeien, net als haren op een borstel. Polymeren zijn grote door de mens gemaakte moleculen die alomtegenwoordig zijn bij de vervaardiging van alledaagse producten.

Zoals microscopisch kleine boomgaardhouders, de Duke-wetenschappers hebben bundels polymeer "ledematen" geënt op vlakke oppervlakken die bekend staan ​​​​als substraten, al bedekt met borstelharen. In hun aanpak twee ongelijke borstels kunnen worden samengevoegd en op microschaal van een patroon worden voorzien. Omdat de “ledematen” van een andere stof kunnen zijn gemaakt dan het substraat, de wetenschappers geloven dat deze nanostructuren de eigenschappen van een bepaald oppervlak aanzienlijk kunnen wijzigen.

Om zo'n nanoborstel te maken, wetenschappers voegen een chemische stof toe die bekend staat als een initiator aan het platte oppervlak, die de groei van de strengen stimuleert.

“Een van de gebruikelijke manieren om penselen te kweken, lijkt veel op een dot-matrixprinter, met als initiator de inkt ‘gedrukt’ op een anorganisch substraat, zoals een siliciumwafel of een gouden oppervlak, waardoor de borstelharen vervolgens in gespecificeerde patronen groeien, zei Stefan Zauscher, Alfred M. Hunt Faculty Scholar en universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan de Duke's Pratt School of Engineering.

"In onze patroonaanpak zijn we nu ook in staat om polymeerborstelgroei op bestaande borstelsubstraten te initiëren en zo blokcopolymeerborstels met patroon te verkrijgen, net als transplantaten, op polymere substraten, ' zei Zauscher. "De mogelijkheid om meer ingewikkelde borstelstructuren te creëren, biedt de mogelijkheid om ze in biomedische toepassingen te gebruiken als sensoren voor de detectie van eiwitten of glucose."

De resultaten van de experimenten van zijn team werden online gepubliceerd in het tijdschrift Klein . Het onderzoek wordt ondersteund door de National Science Foundation.

Zauscher zei dat deze nieuwe benadering gemakkelijk kan worden uitgebreid naar vele andere soorten polymeren, en om enkele of dubbele lagen penselen te maken. Deze nanoborstels, hij zei, zou veel gebruiksmogelijkheden hebben, en zou de mogelijkheden openen voor het bouwen van meer gecompliceerde polymeerarchitecturen, waar veel vraag naar is naar huidige en toekomstige technologieën.

In recent onderzoek is eerder gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials, Zauscher toonde aan dat stimulus-responsieve nanoborstels lijken op en werken als zeeanemonen, die een veelvoud aan armen hebben die omhoog reiken vanaf een bevestigde basis. Op dezelfde manier als deze zeedieren, nanoborstels kunnen worden gebruikt om microdeeltjes op te vangen en vrij te geven terwijl ze over een oppervlak bewegen.

"Deze microstructuren hebben een potentieel gebruik in microfluïdische systemen - zoals labs-on-a-chip - om deeltjes op vooraf gedefinieerde locaties te vangen en vrij te geven, net zoals de zeeanemonen hun prooi vangen en naar hun mond leiden, ' zei Zauscher.

Andere Duke-leden van het team zijn Tao Chen en Debby Chang.