Shelley Anna, professor werktuigbouwkunde en chemische technologie van de Carnegie Mellon University, ontving onlangs een National Science Foundation-beurs voor een project dat manieren zal onderzoeken om capsules te optimaliseren, vloeistofdruppels of bellen ter grootte van micrometers bedekt met een elastische schil van deeltjes ter grootte van nanometers, voor een breed scala aan therapeutische en commerciële toepassingen.

Capsules staan ​​bekend om hun unieke mechanische eigenschappen. Ze kunnen de afgifte van specifieke stoffen beheersen, waardoor ze bijzonder nuttig zijn in een verscheidenheid aan producten, zoals formuleringen voor medicijnafgifte, afvalwater behandeling, cosmetica, verven en inkten.

De druppel heeft een sterke stijve schaal, opgebouwd uit moleculen en nanodeeltjes die aan hun buitenoppervlak worden geadsorbeerd. Het project, getiteld "Synthese en dynamiek van elastische capsules met gecontroleerde grensvlakelasticiteit, " zal onderzoeken hoe deze nanodeeltjes zich verplaatsen, interactie met elkaar en mogelijk aggregeren op het oppervlak van de capsule. Door het gedrag van deze nanodeeltjes te bestuderen, Anna gaat onderzoeken hoe deze veranderingen de elasticiteit van het kapsel beïnvloeden en of het kapsel zijn vorm kan behouden.

"Een doel van ons project is om te kijken naar de verbinding van de oppervlakte-eigenschappen met de rangschikking van de nanodeeltjes op het capsuleoppervlak, evenals met de elasticiteit en vervormbaarheid van de capsule als geheel, " zegt Anna. "Door dit te begrijpen, we kunnen onderzoeken hoe we de sterkste kunnen maken, meest stabiele type capsule."

Om de elasticiteit van capsules te bestuderen, Anna zal een apparaat gebruiken dat in haar laboratorium is ontwikkeld, een microtensiometer genaamd. Met het instrument kan de groep de grensvlakspanning en grensvlakelasticiteit van de capsule meten en deze correleren met hoe de nanodeeltjes zich op het oppervlak van de capsule hebben verzameld.

Omdat capsules in veel verschillende soorten producten worden gebruikt, de resultaten van dit project zullen wetenschappers en ingenieurs in een aantal gebieden in staat stellen om capsuleformuleringen in hun werk te optimaliseren. "Door dit project hopen we een technologie te creëren die vervolgens kan worden gebruikt in een aantal verreikende toepassingen, " zegt Anna.

Als een zeer collaboratieve en interdisciplinaire groep, Anna en haar team zijn van plan de toepassingen van dit project te maximaliseren door hun resultaten op innovatieve manieren te delen. De groep zal hun industriële medewerkers op de hoogte houden van de resultaten door middel van regelmatige workshops en korte cursussen bij Carnegie Mellon. Anna is ook van plan de resultaten van het project te gebruiken om educatieve modules voor K-12 te ontwikkelen, bachelor- en masterstudenten.