(Phys.org) —In een wetenschappelijke twee-voor-één deal, Cornell-onderzoekers hebben compartimentnanodeeltjes gemaakt die twee of meer verschillende medicijnen naar hetzelfde doelwit kunnen vervoeren. In de tussentijd, dezelfde technologie wordt toegepast op brandstofcellen, waar katalysatoren kunnen worden gevormd tot poreuze structuren om meer oppervlakte bloot te leggen.

Ulrich Wiesner, de Spencer T. Olin hoogleraar Materials Science and Engineering, heeft de "sol-gel"-chemie aangepast om poreuze silicadeeltjes zelf te assembleren, waardoor het halverwege een reactie schakelt, en het creëren van wat neerkomt op twee of meer verschillende samengevoegde nanodeeltjes. De bevinding werd gerapporteerd in het nummer van 19 april van Wetenschap . Wiesner is senior auteur.

"Het is de eerste keer dat ik me ervan bewust ben dat de vormen van de deeltjes zijn gecontroleerd, " zei Wiesner. "De producten tot nu toe zijn vrij eenvoudige deeltjes met twee of drie compartimenten die een beetje lijken op kleine versies van een ruimtestation met uitstekende habitats, maar de methoden kunnen worden uitgebreid om veel complexere structuren te creëren, " hij zei.

De ontdekking was deels toevallig. Bij het maken van gewone nanodeeltjes, de wetenschappers zagen een kleine fractie met zeshoekige armen uit de kubusvormige vlakken groeien. Ze probeerden de controles te begrijpen.

Wiesner en zijn onderzoeksteam rapporteren hun resultaten in Wetenschap als "Multicompartiment Mesoporous Silica Nanodeeltjes met vertakte vormen:een epitaxiaal groeimechanisme." De andere onderzoekers zijn onder meer de eerste auteurs Teeraporn Suteewong, MEVROUW. '09, doctoraat '10, en afgestudeerde student Hiroaki Sai; afgestudeerde student Robert Hovden; David Müller, hoogleraar toegepaste en technische fysica; Sol M. Gruner, hoogleraar natuurkunde; en Michelle Bradbury, MD, Memorial Sloan-Kettering Cancer Center.

De starter voor het proces is een mengsel van organosilanen, complexe moleculen opgebouwd rond koolstof- en siliciumatomen. Organosilanen zijn oppervlakteactieve stoffen, vergelijkbaar met zeep, wat betekent dat het ene uiteinde van het molecuul graag dicht bij water komt, terwijl de andere kant probeert weg te blijven. Dus in water worden de moleculen tegen elkaar gedrukt en verbinden ze, net zoals zeepmoleculen zich verbinden om de huid van een zeepbel te vormen. Hier assembleren ze een driedimensionaal rooster dat uitgroeit tot deeltjes met een diameter van een paar honderd nanometer, gevuld met poriën van een of twee nanometer groot die met ander materiaal zouden kunnen worden gevuld. (Een nanometer is een miljardste van een meter, ongeveer de lengte van drie atomen op een rij.) De vorm van de poriën hangt af, onder andere, op de pH, of zuurgraad, van de oplossing.

De onderzoekers voegden ethylacetaat toe, een chemische stof die afbreekt in water, waarbij de oplossing zuurder wordt. Aanvankelijk vormen de organisilanen een rooster van kleine kubussen die samenkomen in enigszins kubusvormige deeltjes, met afgeronde hoeken. Naarmate de zuurgraad toeneemt, wordt het rooster hexagonaal, een ruwe cilinder bouwen, en op zeshoeken gebaseerde cilinders beginnen uit de vlakken van de kubussen te groeien. Het aantal cilinders en hun lengte kunnen worden geregeld door de timing van het proces en de concentratie van ethylacetaat.

"Eerder werk ging over het beheersen van de poriestructuur, " zei Wiesner. "Hier gebruiken we de poriestructuur om de vorm te regelen."

In een hint voor de toekomst, de onderzoekers konden twee of drie kubussen verbinden met cilindrische bruggen ertussen, misschien wel het begin van een netwerk van kubussen en buizen op nanoschaal. "We hebben geleerd om de groeiomstandigheden te veranderen. Als we terug kunnen schakelen, kunnen we misschien allerlei funky architecturen kweken, ' zei Wiesner.