(Phys.org) -Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een methode ontwikkeld om "nano-vulkanen" te creëren door verschillende kleuren licht door een "kristallen bol" op nanoschaal gemaakt van een synthetisch polymeer te laten schijnen. Deze nanovulkanen kunnen precieze hoeveelheden andere materialen opslaan en veelbelovend zijn voor nieuwe technologieën voor het toedienen van medicijnen.

De onderzoekers creëren de nanovulkanen door bolvormige, transparante polymeer nanodeeltjes direct op het platte oppervlak van een dunne film. Ze schijnen dan ultraviolet licht door de transparante bol, die het licht verstrooit en een patroon op de dunne film creëert. De dunne film is gemaakt van een fotoreactief materiaal dat een chemische verandering ondergaat waar het door het licht wordt geraakt. De onderzoekers dompelen de dunne film vervolgens onder in een vloeibare oplossing die de aan licht blootgestelde delen van de film wegspoelt. Het materiaal dat overblijft heeft de vorm van een vulkaan op nanoschaal.

"We kunnen het lichtpatroon controleren door de diameter van de nanodeeltjesbolletjes te veranderen, of door de golflengte – of kleur – te veranderen van het licht dat we door de bollen laten schijnen, " zegt Xu Zhang, een doctoraatsstudent in werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek bij NC State en hoofdauteur van een paper waarin het werk wordt beschreven. "Dat betekent dat we de vorm en geometrie van deze structuren kunnen controleren, zoals hoe groot de holte van de nanovulkaan zal zijn."

De onderzoekers ontwikkelden een zeer nauwkeurig computermodel dat de vorm en afmetingen van de nanovulkanen voorspelt op basis van de diameter van de bol op nanoschaal en de golflengte van het licht.

Omdat deze structuren nauwkeurig gemeten holle kernen hebben, en nauwkeurig gemeten openingen bij de "mond" van de nanovulkanen, ze zijn goede kandidaten voor mechanismen voor medicijnafgifte. De grootte van de kern zou gebruikers in staat stellen de hoeveelheid van het medicijn te regelen dat een nanovulkaan zou opslaan, terwijl de grootte van de opening aan de bovenkant van de nanovulkaan zou kunnen worden gebruikt om de afgifte van het medicijn te reguleren.

"De materialen die in dit proces worden gebruikt, zijn relatief goedkoop, en het proces kan eenvoudig worden opgeschaald, " zegt Dr. Chih-Hao Chang, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State en co-auteur van het papier. "In aanvulling, we kunnen de nanovulkanen produceren in een uniform patroonreeks, wat ook nuttig kan zijn voor het regelen van de medicijnafgifte."

Chang's team werkt nu aan een beter begrip van de afgiftesnelheid van de nanovulkanen, zoals hoe snel nanodeeltjes van verschillende groottes zullen "ontsnappen" uit nanovulkanen met monden van verschillende grootte. "Dat is essentiële informatie voor toepassingen voor medicijnafgifte, ' zegt Chang.

"Het is opwindend om ons begrip van hoe licht door deeltjes wordt verstrooid, toe te passen op nanolithografie om iets te bedenken dat mensen echt zou kunnen helpen."