Geïnspireerd door eiwitten die gevaarlijke microben en puin kunnen herkennen, dan verzwelgen dergelijk materiaal om er vanaf te komen, polymeerwetenschappers onder leiding van Todd Emrick van de Universiteit van Massachusetts Amherst hebben nieuwe polymeer-gestabiliseerde druppeldragers ontwikkeld die nanodeeltjes kunnen identificeren en inkapselen voor transport in een cel, een soort "ophaal- en terugbrengservice" die de eerste succesvolle vertaling van dit biologische proces in een materiële context vertegenwoordigt.

Zoals Emrick uitlegt, "Deze dragers fungeren als taxi's voor nanodeeltjes. Ze vinden deeltjes op één oppervlak, hun samenstelling herkennen, pak ze op en zet ze later af op een andere ondergrond. Het werk is geïnspireerd op de zeer geavanceerde biologische/biochemische machines die in vivo werken, bijvoorbeeld gevonden in het geval van osteoclasten en osteoblasten die werken om de botdichtheid in evenwicht te brengen door afzetting en uitputting van materiaal. We hebben dit gerepliceerd met veel eenvoudigere componenten:olie, water en polyolefinen." Details staan ​​nu online in wetenschappelijke vooruitgang .

Hij en zijn collega's geloven dat hun de eerste demonstratie is van oppervlakte-naar-oppervlakte transport of verplaatsing van nanodeeltjes, en suggereren dat "het ontwikkelen van deze methoden buitengewoon nuttig zou zijn als een niet-invasieve techniek voor het overbrengen van eigenschappen van nanodeeltjes (chemische, optisch, magnetisch of elektronisch) van het ene materiaal naar het andere."

Het proces is anders dan conventionele reiniging, en processen voor het inkapselen en vrijgeven van nanodeeltjes "vertegenwoordigen een mogelijke route naar efficiënte transport- en/of recyclingprocessen voor materialen, " voegen ze eraan toe.

De auteurs zeggen dat "het ontwerpen van materialen die de complexe functie van biologie nabootsen veelbelovend is voor het vertalen van de efficiëntie en specificiteit van cellulaire processen in eenvoudige, slimme synthetische systemen." Toekomstige toepassingen kunnen zijn het bevorderen van celadhesie, die nodig is voor het in stand houden van meercellige structuren, en medicijnafgifte, bijvoorbeeld.

Emrick zegt dat hij en zijn UMass Amherst co-auteurs, waaronder Richard Bai, George Chang en Al Crosby probeerden dergelijke biologisch geïnspireerde vooruitgang op twee gebieden aan te passen:met polymeer gestabiliseerde emulsiedruppels die nanodeeltjes oppikken door ze in de vloeistof van de druppel te verzwelgen, en druppeltjes die nanodeeltjes kunnen afzetten op beschadigde gebieden van substraten voor reparatiefuncties.

Hun experimentele systeem gebruikte hydroxyapatiet, een calciumfosfaatrijke structuur die lijkt op de hoofdsamenstelling van bot. Ze beoordeelden de ophaalefficiëntie in verschillende experimentele omstandigheden en probeerden de veelzijdigheid van het oppikken van nanodeeltjes vast te stellen met behulp van een verscheidenheid aan anorganische en plastic substraten. De onderzoekers ontdekten dat de opname slecht was van bepaalde oppervlakken, wat suggereert dat "substraatsamenstelling kan worden gebruikt om de relatieve mate van opname van nanodeeltjes aan te passen."

Emrick wijst erop dat het project, ondersteund door het Amerikaanse Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences, weerspiegelt ook een "atoomefficiënte" methode voor het reinigen en repareren van materialen. Vanwege de inherente eenvoud en het behoud van materiaal, atoomefficiëntie is een belangrijk concept in de "groene chemie"-benadering van het produceren van producten.