Nanodeeltjes - kleine deeltjes 100, 000 keer kleiner dan de breedte van een haarlok - is te vinden in alles, van formuleringen voor medicijnafgifte tot verontreinigingsbeheersing op auto's tot HD-tv's. Met speciale eigenschappen die zijn afgeleid van hun kleine formaat en vervolgens een groter oppervlak, ze zijn van cruciaal belang voor de industrie en het wetenschappelijk onderzoek.

Ze zijn ook duur en lastig te maken.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het USC hebben een nieuwe manier ontwikkeld om nanodeeltjes te produceren die het proces zullen transformeren van een nauwgezet, batch-by-batch sleur in een grootschalige, geautomatiseerde assemblagelijn.

De methode, ontwikkeld door een team onder leiding van Noah Malmstadt van de USC Viterbi School of Engineering en Richard Brutchey van het USC Dornsife College of Letters, Kunsten en Wetenschappen, werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 23 februari.

Overwegen, bijvoorbeeld, gouden nanodeeltjes. Het is aangetoond dat ze gemakkelijk celmembranen kunnen binnendringen zonder schade aan te richten - een ongewone prestatie, aangezien de meeste penetraties van celmembranen door vreemde voorwerpen de cel kunnen beschadigen of doden. Hun vermogen om door het celmembraan te glippen, maakt gouden nanodeeltjes tot ideale afgifteapparaten voor medicijnen aan gezonde cellen, of dodelijke stralingsdoses voor kankercellen.

Echter, een enkele milligram gouden nanodeeltjes kost momenteel ongeveer $ 80 (afhankelijk van de grootte van de nanodeeltjes). Dat plaatst de prijs van gouden nanodeeltjes op $ 80, 000 per gram - terwijl een gram pure, ruw goud kost ongeveer $ 50.

"Het is niet het goud dat het duur maakt, " zei Malmstadt. "We kunnen ze maken, maar het is niet zo dat we er goedkoop een vat van 50 gallon mee kunnen maken."

Direct, het productieproces van een nanodeeltje houdt doorgaans in dat een technicus in een chemielaboratorium een ​​partij chemicaliën met de hand mengt in traditionele laboratoriumkolven en bekers.

De nieuwe techniek van Brutchey en Malmstadt is in plaats daarvan gebaseerd op microfluïdica - technologie die kleine druppeltjes vloeistof in nauwe kanalen manipuleert.

"Om grootschalig te gaan, we moeten klein gaan, "Zei Brutchey. Echt klein.

Het team heeft 3D-geprinte buizen met een diameter van ongeveer 250 micrometer - waarvan zij denken dat het de kleinste, overal volledig gesloten 3D-geprinte buizen. Als referentie, jouw stofje van gemiddelde grootte is 50 micrometer breed.

Vervolgens bouwden ze een parallel netwerk van vier van deze buizen, zij aan zij, en liet er een combinatie van twee niet-mengende vloeistoffen (zoals olie en water) doorheen lopen. Terwijl de twee vloeistoffen vochten om door de openingen naar buiten te komen, ze persten kleine druppeltjes af. Elk van deze druppeltjes fungeerde als een chemische reactor op microschaal waarin materialen werden gemengd en nanodeeltjes werden gegenereerd. Elke microfluïdische buis kan miljoenen identieke druppeltjes creëren die dezelfde reactie uitvoeren.

Dit soort systeem is in het verleden bedacht, maar het kon niet worden opgeschaald omdat de parallelle structuur betekende dat als een buis vast kwam te zitten, het zou een rimpeleffect veroorzaken van veranderende druk langs zijn buren, het hele systeem uitschakelen. Zie het als het verliezen van een enkel kerstlichtje in een van de ouderwetse strengen - verlies er een, en je verliest ze allemaal.

Brutchey en Malmstadt omzeilden dit probleem door de geometrie van de buizen zelf te veranderen, de verbinding tussen de buizen zodanig vormgeven dat de deeltjes een uniforme grootte krijgen en het systeem immuun is voor drukveranderingen.

Malmstadt en Brutchy werkten samen met Malancha Gupta van USC Viterbi en USC-afgestudeerde studenten Carson Riche en Emily Roberts.