Wat een student van de University of Central Florida een mislukt experiment vond, heeft geleid tot een toevallige ontdekking die door sommige wetenschappers wordt geprezen als een potentiële gamechanger voor de massaproductie van nanodeeltjes.

Soroush Shabahang, een afgestudeerde student in CREOL (The College of Optics &Photonics), deed de bevinding die uiteindelijk de manier zou kunnen veranderen waarop geneesmiddelen worden geproduceerd en afgeleverd.

De ontdekking was gebaseerd op het gebruik van warmte om lange, dunne vezels in kleine, proportioneel gedimensioneerde zaden, die de mogelijkheid hebben om meerdere soorten materialen op hun plaats te houden. Het werk, gepubliceerd in het nummer van 18 juli van Natuur , opent de deur naar een wereld van toepassingen.

Craig Arnold, universitair hoofddocent Mechanical and Aerospace Engineering aan de Princeton University en een expert in lasermateriaalinteracties die niet aan het project hebben meegewerkt, zei dat niemand anders in het veld die prestatie heeft kunnen bereiken.

Met een nieuwe niet-chemische methode om identieke deeltjes van elke grootte in grote hoeveelheden te creëren, "de mogelijke toepassingen zijn aan uw verbeelding, ' zei Arnoldus.

Het meest directe vooruitzicht is de creatie van deeltjes die in staat zijn tot medicijnafgifte die, bijvoorbeeld, combineer verschillende middelen om een ​​tumor te bestrijden. Of het kan een component met een time-release combineren met medicijnen die pas worden geactiveerd zodra ze hun doelwit hebben bereikt:geïnfecteerde cellen.

"Met deze aanpak kun je een zeer geavanceerde structuur maken met niet meer moeite dan het maken van de eenvoudigste structuren, " zei Ayman Abouraddy, een assistent-professor bij CREOL en Shabahang's mentor en adviseur. Abouraddy heeft zijn carrière doorgebracht, eerst bij het Massachusetts Institute of Technology en nu bij UCF, het bestuderen van de fabricage van multimateriaalvezels.

De techniek is gebaseerd op warmte om gesmolten vezels in bolvormige druppeltjes te breken. Stel je voor dat er water uit een kraan druppelt. Glasvezels zijn misschien het best bekend als de cilindrische kabels die digitale informatie over lange afstanden verzenden. Voor jaar, wetenschappers hebben gezocht naar manieren om de zuiverheid van glasvezels te verbeteren om snellere, storingsvrije transmissie van lichtgolven.

Shabahang en medestudent Joshua Kaufman werkten aan zo'n project, verhitten en spannen van glasvezel op een zelfgemaakte taperingmachine. Shabahang merkte op dat in plaats van het gewenste resultaat van het dunner maken van het midden van de kabel, het materiaal viel in feite uiteen in meerdere miniatuurbolletjes.

"Het was een soort mislukking voor mij, ' zei Shabahang.

Echter, toen Abouraddy hoorde wat er was gebeurd, wist hij meteen dat deze "fout" een grote doorbraak was.

Terwijl aan het MIT, Abouraddy en zijn mentor, Yoel Fink, een professor in materiaalkunde en huidige directeur van MIT's Research Laboratory of Electronics, zei dat ze door een theoreticus waren verteld dat gesmolten optische vezels zouden moeten aansluiten bij een proces dat bekend staat als Rayleigh-instabiliteit, wat verklaart waarom een ​​vallende vloeistofstroom in druppels uiteenvalt.

Destijds, de MIT-groep was gericht op het produceren van vezels die meerdere materialen bevatten. Het team produceerde vezels door een schaalmodel, een 'preform' genaamd, te verhitten en het uit elkaar te rekken zoals taffy wordt gemaakt. Het proces staat bekend als thermisch tekenen.

Het experiment van Shabahang laat zien dat door multimateriaalvezels te verwarmen en vervolgens af te koelen, het theoretische werd werkelijkheid. Er ontstaan ​​uniforme deeltjes die op druppeltjes lijken. Bovendien, Shabahang toonde aan dat als de bollen eenmaal gevormd zijn, extra materialen kunnen worden toegevoegd en op hun plaats worden vergrendeld, zoals LEGO-bouwstenen, resulterend in deeltjes met geavanceerde interne structuren.

Vooral belangrijk is de creatie van "strandbal"-deeltjes die bestaan ​​uit twee verschillende materialen die afwisselend met elkaar versmolten zijn, vergelijkbaar met de strepen op een strandbal.

Kaufman, Shabahang en Abouraddy hebben bijgedragen aan de Natuur artikel naast Guangming Tao van CREOL, UCF; Esmaeil-Hooman Banaei van de faculteit Elektrotechniek &Informatica, UCF; Daosheng S. Deng, Afdeling Chemische Technologie, MIT; Xiangdong Liang, Afdeling Wiskunde, MIT; Steven G. Johnson, Afdeling Wiskunde, MIT; en Yoel Fink van MIT.