Onderzoekers van McGill University hebben een nieuwe manier ontdekt om materialen aan elkaar te koppelen met behulp van echografie. Echografie - geluid zo hoog dat het niet hoorbaar is - wordt normaal gesproken gebruikt om deeltjes in water uit elkaar te slaan. In een recente studie, het team van onderzoekers, onder leiding van McGill-professor Jake Barralet, van de faculteiten Tandheelkunde en Geneeskunde, ontdekte dat als deeltjes bedekt waren met fosfaat, ze zouden in plaats daarvan samen kunnen binden tot sterke agglomeraten, ongeveer zo groot als zandkorrels. Hun resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

Nanodeeltjes zijn uiterst nuttig, maar moeilijk te bevatten omdat ze onzichtbaar zijn en gemakkelijk in de lucht worden gedragen. Ze kunnen ook gemakkelijk het lichaam binnendringen, zorgen voor de veiligheid van industriële arbeiders en het publiek. Een nieuwe methode om nanodeeltjes aan elkaar te plakken tot iets dat je veilig met je vingers kunt hanteren, zonder hun nuttige eigenschappen te veranderen, gevolgen kunnen hebben voor een reeks alledaagse toepassingen.

"Het gebruik van ultrageluid is een zeer voorzichtig, energiezuinig proces in vergelijking met traditionele ovens en lassen, dus zelfs actieve medicijnen en enzymen kunnen gemakkelijk in dragers worden ingebouwd om nieuwe hybride materialen te maken, " zegt prof. Barralet, hoofdonderzoeker van de studie en onderzoeksdirecteur van de afdeling chirurgie van het onderzoeksinstituut van het McGill University Health Center (RI-MUHC).

Echografie induceert kortstondige bellen (bekend als cavitatie) die voor een fractie van een microseconde, als ze instorten, 'hotspots' van duizenden graden. Omdat deze bellenvorming een willekeurig en zeldzaam proces is, wetenschappers hebben geworsteld met manieren om dit ongelooflijk krachtige fenomeen te benutten voor het samenstellen van materialen in plaats van ze te vernietigen. De sleutel tot de bevinding van het McGill-team was het ontwikkelen van een manier om cavitatie aan het oppervlak van de nanodeeltjes te lokaliseren. Dit leidde tot de ontdekking dat hun fosfaatcoating een interactie aangaat met onstabiele radicalen die in deze hotpots worden gecreëerd, waardoor de nanodeeltjes onomkeerbaar aan elkaar 'lassen'.

Net zoals een mixoloog (cocktailkelner) drankjes door elkaar schudt om je favoriete martini te maken, materiaalwetenschappers kunnen nu eenvoudig voorgevormde nanodeeltjes met elkaar mengen en ze in het ultrasone bad zappen om nieuwe vreemde en prachtige hybride en volledig functionele microdeeltjesmaterialen te creëren, zoals geleidende keramische katalysatoren, magnetische polymeren, en met drugs beladen metalen.

"Onze ontdekking kan helpen het verlies van platina uit katalysatoren in auto-uitlaten te verminderen, bijvoorbeeld. De helft van het platina dat wereldwijd jaarlijks wordt gewonnen, wordt gebruikt om katalysatoren te maken en tot de helft van dit platina gaat tijdens de levensduur van de auto verloren in de atmosfeer. Dit komt door het ontbreken van een betere methode – tot nu toe – om nanodeeltjes op een robuuste en duurzame manier te binden met behoud van hun activiteit."

De co-auteur van de studie en voormalig McGill-promovendus, David Basset, hielp de ontdekking te doen toen hij iets ongewoons op de bodem van zijn ultrasoonbad zag.

"In plaats van kleiner te worden, deze dingen groeiden en bleven groeien. We gingen door vele doodlopende steegjes en het kostte me drie jaar om te ontrafelen wat er aan de hand was. Het was moeizaam, maar nu geeft het echt voldoening om er eindelijk grip op te hebben."