Biomedicinske ingeniører finder, at aktive partikler svømmer mod strømmen

Forskere begynder at forstå adfærden af ​​såkaldte "aktive" partikler, hvilken, hvis det kan kontrolleres, har potentielle implikationer for konstruerede lægemiddelleveringssystemer og smart 3-D-print, ifølge et tværfagligt forskerhold i Penn State.

Anført af Igor Aronson, Dorothy Foehr Huck og J. Lloyd Huck-formand professor i biomedicinsk teknik, Kemi og matematik, forskerne offentliggjorde deres nye resultater om aktive partikler den 16. november i Avancerede intelligente systemer .

Typisk, partiklerne - som kan være biologiske, men I dette tilfælde, er cylindriske platin-guld nanoroder, mindre end en rød blodcelle til det halve-strøm i væske gennem en mikrokanal ind i en konisk dyse. Når den var samlet der, de kan bruges i additiv fremstilling til 3-D-printobjekter eller til at levere terapeutika direkte til celler.

Når partiklerne kan forbruge energi fra miljøet og blive aktive, imidlertid, deres adfærd ændres, ifølge Leonardo Dominguez Rubio, første forfatter på papiret og ph.d.-studerende i Aronsons laboratorium.

Forskerne doserede nanoroderne med hydrogenperoxid, skaber energi, som nanorods kan udnytte og konvertere til mekanisk bevægelse.

"Disse partikler svømmer, " sagde Dominguez Rubio. "De kører selv. Det gør dem smarte. Hvis vi kan kontrollere deres position og orientering, vi kan udnytte deres ejendomme. "

Ifølge Dominguez Rubio, hvis alle partikler er justeret i et materiale, så kunne materialets mekaniske egenskaber udvise en egenskab i én retning og en anden i en anden retning. Problemet er at forstå, hvordan man kontrollerer justeringen.

"Der er betydelig forskning i transport af passive partikler af forskellige former, "Sagde Aronson." I løbet af de sidste hundrede år har det videnskabelige samfund har udviklet en god forståelse af, hvordan dette sker. Vi kan pålideligt manipulere passive partikler. Aktive partikler, dog - svømmepartiklerne udviser en helt anden adfærd, som vi lige er begyndt at udforske."

I modsætning til de passive partikler, der flyder til den tilspidsede dyse, forbliver parallelt med bunden af ​​beholderen og lidt jævnt fordelt i hele opløsningen, de aktive svømmepartikler springer oprejst og vipper mod strømmen. De klumper sig også langs beholderens vægge og ved dyseindgangen.

"Flowparametrene er forskellige, " sagde Dominguez Rubio. "Vi er nødt til at forstå dem for at kunne kvantificere og udvikle en model for denne adfærd."

Dominguez Rubio forklarede, at når forskerne kan forstå og manipulere flowparametrene, de kan begynde at anvende dem. Lige nu, imidlertid, han sagde, problemet er som at forsøge at administrere et lægemiddel til en patient. Lægen vil have stoffet til at gå ind i patienten, men stoffet svømmer aktivt væk fra at blive injiceret.

"I denne undersøgelse, vi opdagede, at motilitetsmekanismen og selvorganiseringen er meget mere kompleks, end vi forestillede os i begyndelsen, " sagde Aronson.

Forskerne vil fortsætte med at udvikle en model til at forudsige partikeladfærd, samt eksperimentere med, hvordan mundstykkets form påvirker aktiv partikelbevægelse igennem den.