Voordat Ibuprofen uw hoofdpijn kan verlichten, het moet oplossen in je bloedbaan. Het probleem is Ibuprofen, in zijn oorspronkelijke vorm, is niet bijzonder oplosbaar. Het is rigide, kristallijne structuren - de moleculen staan ​​opgesteld als soldaten op appèl - maken het moeilijk om op te lossen in de bloedbaan. Om dit te overwinnen, fabrikanten gebruiken chemische additieven om de oplosbaarheid van Ibuprofen en vele andere medicijnen te verhogen, maar die additieven verhogen ook de kosten en de complexiteit.

De sleutel tot het beter oplosbaar maken van medicijnen is niet om de moleculaire soldaten de tijd te geven om in hun kristallijne structuren te vallen, waardoor het deeltje ongestructureerd of amorf wordt.

Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) hebben een nieuw systeem ontwikkeld dat stabiele, amorfe nanodeeltjes in grote hoeveelheden die snel oplossen.

Maar dat is niet alles. Het systeem is zo effectief dat het amorfe nanodeeltjes kan produceren uit een breed scala aan materialen, waaronder voor het eerst anorganische materialen met een hoge neiging tot kristallisatie, zoals tafelzout.

Deze ongestructureerde, anorganische nanodeeltjes hebben verschillende elektronische, magnetische en optische eigenschappen van hun gekristalliseerde tegenhangers, wat zou kunnen leiden tot toepassingen op gebieden variërend van materiaaltechniek tot optica.

David A. Weitz, Mallinckrodt Professor of Physics and Applied Physics en een geassocieerd faculteitslid van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan Harvard, beschrijft het onderzoek in een paper dat vandaag is gepubliceerd in Wetenschap .

"Dit is een verrassend eenvoudige manier om amorfe nanodeeltjes te maken van bijna elk materiaal, "zei Weitz. "Het zou ons in staat moeten stellen om snel en gemakkelijk de eigenschappen van deze materialen te onderzoeken. In aanvulling, het kan een eenvoudig middel zijn om veel medicijnen veel bruikbaarder te maken."

De techniek houdt in dat de stoffen eerst worden opgelost in goede oplosmiddelen, zoals water of alcohol. De vloeistof wordt vervolgens in een vernevelaar gepompt, waar samengeperste lucht die twee keer zo snel gaat als het geluid de vloeistofdruppels door zeer nauwe kanalen naar buiten spuit. Het is als een spuitbus op steroïden. De druppels zijn volledig gedroogd tussen één tot drie microseconden vanaf het moment dat ze worden gesproeid, het amorfe nanodeeltje achterlatend.

Aanvankelijk, de amorfe structuur van de nanodeeltjes was verbijsterend, zei Esther Amstad, een voormalig postdoctoraal fellow in het laboratorium van Weitz en huidige assistent-professor aan EPFL in Zwitserland. Amstad is de eerste auteur van de krant. Vervolgens, het team realiseerde zich dat de supersonische snelheid van de vernevelaar ervoor zorgde dat de druppeltjes veel sneller verdampen dan verwacht.

"Als je nat bent, het water gaat sneller verdampen als je in de wind staat, " zei Amstad. "Hoe sterker de wind, hoe sneller de vloeistof verdampt. Een soortgelijk principe is hier aan het werk. Deze snelle verdampingssnelheid leidt ook tot versnelde afkoeling. Net zoals de verdamping van zweet het lichaam koelt, hier zorgt de zeer hoge verdampingssnelheid ervoor dat de temperatuur zeer snel daalt, wat op zijn beurt de beweging van de moleculen vertraagt, het vertragen van de vorming van kristallen."

Deze factoren voorkomen kristallisatie in nanodeeltjes, zelfs in materialen die zeer gevoelig zijn voor kristallisatie, zoals tafelzout. De amorfe nanodeeltjes zijn uitzonderlijk stabiel tegen kristallisatie, bij kamertemperatuur minstens zeven maanden houdbaar.

De volgende stap, Amstad zei, is om de eigenschappen van deze nieuwe anorganische amorfe nanodeeltjes te karakteriseren en mogelijke toepassingen te onderzoeken.

"Dit systeem biedt een uitzonderlijk goede controle over de samenstelling, structuur, en grootte van deeltjes, de vorming van nieuwe materialen mogelijk maken, " zei Amstad. " Het stelt ons in staat om de zeer vroege stadia van kristallisatie van materialen te zien en te manipuleren met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie, het ontbreken daarvan had de diepgaande studie van enkele van de meest voorkomende anorganische biomaterialen verhinderd. Dit systeem opent de deur naar het begrijpen en creëren van nieuwe materialen."