(Phys.org) —Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een nieuwe benadering ontwikkeld met toepassingen in materiaalontwikkeling voor het opvangen en opslaan van energie en voor opto-elektronische materialen.

Volgens Charles Schröder, een assistent-professor bij de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering, de resultaten laten zien dat peptide-precursormaterialen kunnen worden uitgelijnd en georiënteerd tijdens hun assemblage tot polypeptiden met behulp van op maat gemaakte stromen in microfluïdische apparaten.

Het onderzoek was een samenwerking tussen de laboratoria van Schroeder en William Wilson, een onderzoeksprofessor in materiaalkunde en engineering en het Frederick Seitz Materials Research Laboratory in Illinois. Hun bevindingen werden gepubliceerd in een paper getiteld, "Fluidisch gerichte assemblage van uitgelijnde oligopeptiden met pi-geconjugeerde kernen, " in het augustusnummer van 2013 Geavanceerde materialen .

"Een grote uitdaging op het gebied van materiaalkunde is het vermogen om de assemblage van geavanceerde materialen voor de gewenste functionaliteit te sturen, " zegt Amanda Marciel, een afgestudeerde student in het laboratorium van Schroeder en een van de auteurs van het artikel. "Echter, ontwerp van nieuwe materialen wordt vaak gehinderd door ons onvermogen om de structurele complexiteit van synthetische polymeren te beheersen.

"Om tegemoet te komen aan de behoefte aan gecontroleerde verwerking van functionele materialen, we hebben een op microfluïdisch gebaseerd platform ontwikkeld om de assemblage van synthetische oligopeptiden aan te sturen, Marciel legde uit. "Met behulp van een microfluïdisch apparaat, we hebben DFAA en DFAG geassembleerd tot eendimensionale nanostructuren met behulp van een vlakke extensionele stroom gegenereerd in een cross-slotgeometrie."

De dynamiek van het assemblageproces kan realtime gevolgd worden met behulp van fluorescentiemicroscopie en spectroscopie.

"De geassembleerde nanostructuur is spectraal verschillend van het synthetische oligopeptidemonomeer, die kan worden gebruikt om de dynamiek van de vorming van nanostructuren te volgen, Marciel voegde toe. "Met behulp van nauwkeurige hydrodynamische controle van het microfluïdische platform, de onderzoekers toonden de vorming aan van meerdere parallel uitgelijnde synthetische oligopeptidenanostructuren en hun daaropvolgende demontage. Door de volumetrische stroomsnelheden in het apparaat te moduleren, waren ze in staat om de positie van de vloeistof-vloeistofinterface op de microkanaalovergang te manipuleren.

Tijdens dit proces, nanostructuren die aanvankelijk op het reactieve laminaire grensvlak werden gevormd, worden ondergedompeld in de voortschrijdende zure stroom, waardoor de integriteit van de voorgevormde nanostructuren behouden blijft terwijl de vorming van een uitgelijnde nanostructuur op de nieuwe interfacepositie wordt geïnitieerd.

"Onze aanpak heeft het potentieel om reproduceerbare en betrouwbare fabricage van geavanceerde materialen mogelijk te maken." zei Marciel. "Het bereiken van ordening op nanoschaal in geassembleerde materialen is de primaire focus geworden van recente inspanningen in het veld. Deze benaderingen zullen uiteindelijk leiden tot de gewenste morfologie in functionele materialen, wat hun vermogen om energie op te vangen en op te slaan zal verbeteren."

Het uiteindelijke doel van het team is om het organische equivalent van typische halfgeleidende materialen te assembleren.

"Dit zou de deur openen naar ontwikkelingen van materialen met toepassing op fotovoltaïsche apparaten, vaste toestand verlichting, energie oogsten, en katalytische processen, " ze zei.