Nano-rum kan hjælpe med medicinafgivelse, brændselscelle design

(Phys.org) – I en videnskabelig to-til-en aftale, Cornell-forskere har skabt kompartment nanopartikler, der kan bære to eller flere forskellige lægemidler til det samme mål. I mellemtiden den samme teknologi bliver anvendt til brændselsceller, hvor katalysatorer kan formes til porøse strukturer for at blotlægge mere overfladeareal.

Ulrich Wiesner, Spencer T. Olin professor i materialevidenskab og teknik, har justeret "sol-gel" kemi, der bruges til selv at samle porøse silica partikler, få den til at skifte gear halvvejs gennem en reaktion, og skabe, hvad der svarer til to eller flere forskellige nanopartikler, der er sat sammen. Fundet blev rapporteret i 19. april-udgaven af Videnskab . Wiesner er seniorforfatter.

"Det er første gang, jeg er klar over, at partiklernes form er blevet kontrolleret, " sagde Wiesner. "Produkterne indtil videre er ret simple partikler med to eller tre rum, der ligner en smule små udgaver af en rumstation med udragende levesteder, men metoderne kan udvides til at skabe meget mere komplekse strukturer, " han sagde.

Opdagelsen var til dels serendipit. Mens man laver almindelige nanopartikler, forskerne så en lille fraktion med sekskantede arme vokse ud af de kubiske flader. De søgte at forstå kontrollerne.

Wiesner og hans forskerhold rapporterer deres resultater i Videnskab som "Multicompartment Mesoporous Silica Nanoptics with Branched Shapes:An Epitaxial Growth Mechanism." De andre forskere inkluderer førsteforfatterne Teeraporn Suteewong, FRK. '09, Ph.D. '10, og kandidatstuderende Hiroaki Sai; kandidatstuderende Robert Hovden; David Muller, professor i anvendt og teknisk fysik; Sol M. Gruner, professor i fysik; og Michelle Bradbury, M.D., Memorial Sloan-Kettering Cancer Center.

Starteren til processen er en blanding af organosilaner, komplekse molekyler bygget op omkring kulstof- og siliciumatomer. Organosilaner er overfladeaktive stoffer, beslægtet med sæbe, hvilket betyder, at den ene ende af molekylet kan lide at komme tæt på vand, mens den anden ende forsøger at holde sig væk. Så i vand skubbes molekylerne sammen og forbindes, ligesom sæbemolekyler forbindes for at danne huden af ​​en sæbeboble. Her samler de et tredimensionelt gitter, der vokser til partikler på et par hundrede nanometer i diameter, fyldt med porer en eller to nanometer store, der kunne fyldes med andet materiale. (En nanometer er en milliardtedel af en meter, omkring længden af ​​tre atomer i træk.) Formen af ​​porerne afhænger, blandt andet, på pH, eller surhedsgrad, af løsningen.

Forskerne tilføjede ethylacetat, et kemikalie, der nedbrydes i vand, i processen gør opløsningen mere sur. Til at begynde med danner organisilanerne et gitter af bittesmå terninger, der går sammen til noget kubiske partikler, med afrundede hjørner. Når surhedsgraden stiger, bliver gitteret sekskantet, bygge en ru cylinder, og sekskantbaserede cylindre begynder at vokse ud af terningernes flader. Antallet af cylindre og deres længde kan styres af timingen af ​​processen og koncentrationen af ​​ethylacetat.

"Tidligere arbejde var på, hvordan man kontrollerer porestrukturen, " sagde Wiesner. "Her bruger vi porestrukturen til at styre formen."

Som et hint til fremtiden, forskerne var i stand til at forbinde to eller tre terninger med cylindriske broer mellem dem, måske begyndelsen på et nanoskala netværk af kuber og rør. "Vi har lært at ændre vækstbetingelserne. Hvis vi kan skifte tilbage, kan vi måske dyrke alle mulige funky arkitekturer, " sagde Wiesner.