Enkele van 's werelds belangrijkste ontdekkingen – penicilline, gevulkaniseerd rubber en klittenband, om er maar een paar te noemen - werden per ongeluk gemaakt. In feite, er wordt gezegd dat meer dan de helft van alle wetenschappelijke ontdekkingen bij toeval berusten.

Voeg vortex ring bevriezing toe aan die lange lijst van "ongelukken".

Duo An, een doctoraatsstudent in de laboratoria van zowel professor Dan Luo als assistent-professor Minglin Ma, bij de afdeling Biologische en Milieutechniek, was een student uit China die stage liep bij Cornell toen hij op een fenomeen stuitte dat het potentieel heeft om de celvrije eiwitproductie en celafgifte aanzienlijk te verbeteren, vooral voor type 1 diabetespatiënten.

Een groep onder leiding van Luo en Ma heeft de krant gepubliceerd, "Massaproductie van gevormde deeltjes door vortexring bevriezing, " die op 4 augustus online werd uitgebracht in Natuurcommunicatie . An is hoofdauteur.

Vortexringen zijn alomtegenwoordig in de natuur - een paddestoelwolk van rook is een voorbeeld - en de evolutie van de ring vertoont een rijk spectrum aan gecompliceerde geometrieën, van bolvormig tot traanvormig tot ringkern (donutvormig). De onderzoekers gebruikten deze functies om anorganische en organische deeltjes te beheersen en massaal te produceren via een elektrosproeiproces, waardoor een veelvoud aan vortex ring-afgeleide deeltjes (VRP's) kan worden geproduceerd, dan bevroren op precieze tijdstippen. De groep meldde dat ze 15, 000 ringen per minuut via electrospraying.

Ze vonden het beheersen van de vorm en snelheid van de spray, evenals de snelheid van de chemische reactie, verschillende structuren kunnen opleveren.

"We kunnen beide tijdschalen afstemmen, en controle in welk stadium we de structuur kunnen bevriezen, om de resultaten te krijgen die we willen, ' zei An.

Tijdens een zomerstage in het lab van Luo, An maakte hydrogels van nanoklei – door de ene oplossing in de andere te injecteren om een ​​gel te maken. Maar voor deze specifieke procedure, in plaats van directe injectie, hij druppelde de ene oplossing in de andere. Toen de eerste oplossing de tweede binnenkwam, het creëerde vortex-ringdeeltjes.

Pas twee jaar later, terwijl ik in ma's lab werkte, dat hij zich de vortexringen herinnerde die hij had gemaakt en zich afvroeg of dat concept kon worden toegepast op Ma's werk met microcapsules en celtherapie. Het Ma-lab richt zich op celafgifte voor type 1-diabetespatiënten.

Ma gaf toe dat het concept van het gebruik van een donutvormige inkapseling niet bij hem was opgekomen, maar volkomen logisch.

"We kenden het concept dat een donutvorm beter is, maar we hebben er nooit aan gedacht om het te maken totdat we het [van An] zagen, ' zei mama.

Een voordeel van de donutvormige inkapseling ten opzichte van een bolvormige inkapseling is een kortere diffusieafstand - de afstand die het ingekapselde deeltje moet afleggen om uit de capsule te ontsnappen - terwijl tegelijkertijd een relatief groot oppervlak behouden blijft.

Dit concept zou de weg kunnen banen voor andere nog onbekende toepassingen van vortexring bevriezing, volgens Luo.

"Onze hoop is dat dit soort materiaal in deze vormen veel uitgebreider kan worden gebruikt in andere laboratoria voor wat ze ook proberen te doen, " zei hij. "Er is een heel veld gewijd aan alleen deeltjes, maar standaard ze denken allemaal in termen van bolvormige deeltjes. Hopelijk, dit zal toevoegen aan dat vakgebied."

ma, die eerder dit jaar een Hartwell Individual Biomedical Research Award won voor zijn werk aan jeugddiabetes, citeerde het werk van medewerkers Ashim Datta, hoogleraar biologische en milieutechniek, en Paul Steen, de Maxwell M. Upson hoogleraar Engineering aan de Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomedical Engineering. Datta's lab deed het simulatiewerk, en de groep van Steen leverden belangrijke theoretische input.

"Hun bijdragen hebben dit werk op veel steviger grond gezet, " zei Ma. "We begrijpen nu beter het mechanisme erachter, en kan deze deeltjes in de toekomst doelgerichter ontwerpen."

Andere medewerkers waren onder meer afgestudeerde studenten Alex Warning, Kenneth Yancey, Chun-Ti Chang en Vanessa Kern.