Plaats twee grote, stevige stammen in een stroombedding, en ze helpen het water in een bepaalde richting te leiden. Maar stel je voor dat het water de stijfheid van de boomstammen begon na te bootsen, naast dat het er langs zou stromen. Dat is in wezen wat er gebeurt in een gerichte assemblagemethode die is ontwikkeld door Marilyn Minus, een assistent-professor in de afdeling mechanische en industriële techniek van Northeastern.

In plaats van logboeken, Minus gebruikt kleine koolstofnanobuisjes en haar "water" kan zo ongeveer elke soort polymeeroplossing zijn. Tot dusver, ze heeft de aanpak gebruikt om een ​​polymeercomposietmateriaal te ontwikkelen dat sterker is dan Kevlar, maar toch veel goedkoper en lichter. In dat geval, het polymeer volgt niet alleen de richting van de nanobuisjes, maar bootst ook hun unieke sterke eigenschappen na.

Met financiering van een nieuwe CAREER-prijs van de National Science Foundation, Minus breidt dit werk nu uit om meer polymeerklassen op te nemen:vlamvertragende materialen en biologische moleculen.

"Met de vlamvertragers, we willen dat het hoge-temperatuurpolymeer en de nanobuis op elkaar inwerken, werken niet noodzakelijk als de nanobuisjes, " zei Minus. In wezen, ze wil dat de twee materialen "communiceren" door warmte tussen elkaar door te geven, waardoor de temperatuurdrempel van de vlamvertragers wordt verhoogd en ze nog langer meegaan. "Het nanomateriaal kan die warmte opvangen en afvoeren, en het zorgt er in feite voor dat dat polymeer niet te snel opbrandt, " legde ze uit. "Het polymeer dat we gebruiken is al bestand tegen behoorlijk hoge temperaturen; we duwen het gewoon nog verder."

In het geval van collageen - het eerste biologische molecuul waarop Minus haar methode heeft toegepast - hoopt Minus dat de benadering de nanobuisjes in staat zal stellen hun stijfheid aan het systeem te verlenen. Binnen het lichaam, collageenmoleculen organiseren zichzelf in een complexe matrix die de structuur van al onze cellen ondersteunt. Maar buiten het lichaam, onderzoekers hebben grote uitdagingen gehad om deze matrix op betrouwbare wijze te recreëren.

Als wetenschappers collageen buiten het lichaam op dezelfde manier zouden kunnen laten werken als binnenin, het zou een platform van onschatbare waarde kunnen zijn voor het testen van medicijnen, begrijpen hoe weefsels werken, en zelfs licht werpen op de oorsprong van een verscheidenheid aan ziekten, Minus zei.

Op basis van haar eerdere onderzoek ze heeft ontdekt dat de sleutel tot succes bij het volgen van deze benadering is om de grootte en geometrie van de koolstofnanodeeltjes die ze gebruikt af te stemmen op die van het polymeer in kwestie. Bijvoorbeeld, collageenmoleculen zijn ongeveer 300 nanometer lang en 1,5 nanometer in diameter, dus ze zal een nanobuisje willen vinden dat ongeveer aan die afmetingen voldoet. Ze zal voor deze toepassing ook nanobuisjes willen gebruiken in plaats van de andere koolstofvormen die ze tot haar beschikking heeft:grafeen, grafiet, fullerenen, of zelfs kleine nanokoolstofdeeltjes - die elk een unieke structuur bieden.

"We proberen de entropie van het systeem te veranderen om ervoor te zorgen dat de polymeren zich rond de nanomaterialen organiseren, "Zei Minus. "Dan zou je dit effect moeten kunnen krijgen."