Appelsinskræller kan holde hemmelighed for luftbåren medicin, sikrere broer

Bartendere og kokke har længe erkendt værdien af ​​et orange twist, men takket være forskere ved University of Central Florida, at presse appelsiner kan give os en ny måde at levere medicin på eller til at opdage brofejl, før de sker.

Engineering Assistant Professor Andrew K. Dickerson og kandidatstuderende Nicholas M. Smith har fundet ud af mekanikken i, hvordan appelsiner frigiver den tynde strøm af duftende olie, når de presses. De karakteriserede appelsinskallernes struktur og fandt ud af, hvilken rolle lagene har for at skabe mikrojet-dynamikken. Ved at efterligne naturens mekanisme af et orange lag, farmaceutiske virksomheder kan muligvis udvikle en billigere og mindre kompleks måde at levere luftbaseret medicin på.

"Vi studerer naturlige systemer for matematisk at karakterisere, hvordan skabelsen fungerer, og på trods af allestedsnærværende forbrug af citrusfrugter, disse jetfly var ikke tidligere blevet undersøgt, " sagde Dickerson. "Naturen er vores største inspiration til at tackle problemer i den virkelige verden."

Holdets resultater er offentliggjort i dagens Proces fra National Academy of Sciences .

Floridas frugt er kompleks. Dens hårde ydre lag beskytter frugten, og et hvidt svampet lag lige under huden har mikroskopiske reservoirer af olie i skjulte lommer. Det svampede materiale absorberer stød, men når den presses til et kritisk tryk, skubber den op og river en lille del af det hårde ydre lag op for at sprøjte dens velduftende strøm. Disse mikrojets er små, men hurtige, forlader deres hulrum med 22 mph i gennemsnit ved at accelerere 5, 000 Gs, hvilket svarer til omkring 1, 000 gange den kraft, astronauterne føler ved opsendelsen.

"Der er flere potentielle anvendelser, " sagde Smith. "F.eks. for astmatikere, du kunne have en lille skive materiale, som ville aerosolisere nødmedicin, som du i øjeblikket finder i dyr, multi-anvendelige inhalatorer. Denne tilgang kan være billigere og biologisk nedbrydelig."

En appelsinskal frigiver et olieagtigt stof, og dynamikken bør holde for andre typer væsker, sagde forskerne.

Men der er stadig en del forskning, der er nødvendig, før man sætter appelsinhud til at arbejde med at levere medicin.

"Først, vi skal regne ud størrelser og proportioner, " sagde Dickerson. "Det er vigtigt at forstå præcis, hvordan mikrojets virker, og hvordan man kan justere deres stabilitet til medicinske anvendelser. Størrelsen af ​​dråberne og mængden af ​​medicin, de bærer, er afgørende. Vi har en vej at gå, før applikationer kan udforskes."

Men når det sker, mulighederne er kun begrænset af fantasien.

"Forestil dig en selvdiagnosticerende bro, " sagde Dickerson. "Den ville have et orange-lignende hudlag, og når du nærmede dig materialefejl, du ville få en forebyggende advarsel, måske en farveændring."

Dickerson, en væskedynamisk ekspert, gør karriere med at studere naturen. Han har allerede udgivet adskillige artikler, hvor han ser på, hvad man kan lære af den velkendte våde hunde-rystelse, og hvordan myg overlever kollisioner med regndråber. At studere shaken hjælper os med at forstå, hvordan man selvtørrer store overflader såsom solpaneler. Og at studere, hvordan myg overlever regn, kan hjælpe med at skabe strategier til at bekæmpe de sygdomsbærende insekter.

"Få laboratorier nationalt udfører denne type forskning, " sagde Smith. "Det er en af ​​grundene til, at jeg kom til UCF for at udføre mit kandidatarbejde. Dette er spændende ting. Naturen har haft milliarder af år til at få de ingeniørmæssige principper rigtige, og jeg kommer til at se på dem, finde ud af dem og derefter lege med dem for at løse problemer. Det er ret spændende!"