Gegroeid als een sneeuwvlok en geslepen met een naaimachine, een nieuw apparaat van onderzoekers van de Kansas State University kan voordelen opleveren voor biomedische professionals en de patiënten die ze dienen tijdens elektrode- en orgaantransplantatieprocedures.

Het apparaatje maakt gebruik van gouden nanodraden en is ontwikkeld door Bret Flanders, universitair hoofddocent natuurkunde, en Govind Paneru, voormalig afgestudeerd onderzoeksassistent natuurkunde, om kenmerken van individuele cellen in medische procedures te manipuleren en te voelen. De gouden nanodraden zijn 1, 000 keer kleiner dan een mensenhaar.

"Conventionele chirurgische instrumenten, inclusief elektroden die in het weefsel van mensen worden geïmplanteerd, zijn ongunstig groot op cellulair niveau, Vlaanderen zei. "Werken op individueel cellulair niveau wordt steeds belangrijker in domeinen zoals neurochirurgie. Mogelijk, dit slanke apparaat, gemaakt van gouden nanodraden, dichtbij kunnen komen en het werk kunnen doen."

Vlaanderen zei dat de grootte van de nanodraden hun apparaat zo uniek maakt.

Elke draad heeft een diameter van minder dan 100 nanometer. Cellen in huid en haar hebben een diameter van ongeveer 10-20 micrometer, terwijl rode bloedcellen ongeveer 7 micrometer meten. Omdat de draad zo klein is, het kan een biologische cel doorboren om het celmembraan te stimuleren en het inwendige ervan te onderzoeken.

De nanodraden zijn elektrochemisch gegroeid, wat betekent dat ze niet groeien door een verlenging of vergroting van een bestaande draad, maar eerder door deeltjes uit de oplossing op te hopen in een nieuwe draad.

In zwaar ingezoomde videobeelden lijkt de nanodraad uit de micrometer dikke elektrode te groeien. Werkelijk, de nanodraad vormt zich op dezelfde manier als hoe een sneeuwvlok in de lucht wordt geassembleerd wanneer waterdampmoleculen in de lucht condenseren op het oppervlak van stuifmeel of stof en niet-uniform groeien totdat ze een herkenbare sneeuwvlok worden.

"We beginnen met een scherpe micro-elektrode op een microscooptafel, Vlaanderen zei. "Vergelijkbaar met sneeuwvlokvorming, de goudatomen condenseren op zijn scherpe punt. Zoals het water condenseert op het sneeuwvlokzaad, de gouden oplossing condenseert op het gouden zaad, ' of de micro-elektrode."

De onderzoekers ontwikkelden scherpe elektroden met een onconventioneel hulpmiddel dat in veel laboratoria niet te vinden is:een naaimachine.

"Het is alsof je de draad in een puntenslijper steekt, waar je aan de slinger draait om hem te slijpen, behalve dat we het niet mechanisch doen met een puntenslijper - we doen het met een keukenzoutoplossing en een naaimachine, Vlaanderen zei. "Dit bleek de aanpak die het beste werkte, en de naaimachine kostte slechts $ 10 bij het Leger des Heils."

De naaimachine oscilleert de micro-elektrode op en neer in een beker met kaliumchloride-oplossing. Het aanleggen van een spanning lost de punt van de micro-elektrode op.

"Het proces scherpt de elektrode omdat de punt langer in de oplossing zit dan enig ander punt, Vlaanderen zei. "Als we de draad niet zouden laten oscilleren, de hele draad zou oplossen. In plaats daarvan, door de tip in en uit te dippen lost de tip het meest op, daardoor scherpen."

Door de geslepen elektrode kan de nanodraad groeien. De onderzoekers demonteren vervolgens de nanodraad van de elektrode en verzenden deze naar medewerkers in het hele land, inclusief een nanofabricagebedrijf dat de uitvinding kan opnemen in een reeds bestaand apparaat om het meer kracht te geven.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in de tijdschriften Technische Natuurkunde Brieven en Nanotechnologie , en is gepresenteerd op bijeenkomsten van de Materials Research Society en de American Physical Society.