Nye arkitekturer til nanobørster:Bitty strukturer kan skræddersyes i mange former

(PhysOrg.com)-Ligesom cilia foring i lungerne hjælper med at holde passager klare ved at flytte partikler langs spidserne af de små hårstrukturer, menneskeskabte småbørstehår, kendt som nanobørster, kan hjælpe med at reducere friktion langs overflader på molekylært niveau, blandt andet.

I deres seneste række eksperimenter, Duke University ingeniører har udviklet en ny tilgang til at syntetisere disse nano-børster, hvilket kunne forbedre deres alsidighed i fremtiden. Disse polymerbørster bruges i øjeblikket i biologiske sensorer og mikroskopiske enheder, såsom mikrokantilevere, og de vil spille en vigtig rolle i den fremtidige indsats for miniaturisering, sagde forskerne.

Nanobørster er typisk lavet af polymermolekyler dyrket på flade overflader med tråde af molekylerne vokser op og ud af en overflade, meget gerne hår på en børste. Polymerer er store menneskeskabte molekyler, der er allestedsnærværende i fremstillingen af ​​dagligvarer.

Ligesom mikroskopiske frugtplantager, Duke -forskerne har podet bundter af polymer "lemmer" på flade overflader kendt som substrater, allerede dækket med børstehår. I deres tilgang, to forskellige børster kan sættes sammen og mønstres på mikroskalaen. Fordi "lemmerne" kan være fremstillet af et andet stof end substratet, forskerne mener, at disse nanostrukturer er i stand til væsentligt at ændre egenskaberne af en given overflade.

For at lave sådan en nanobørste, forskere tilføjer et kemikalie kendt som en initiator til den flade overflade, hvilket fremmer væksten af ​​trådene.

”En af de almindelige måder at dyrke børster på ligner meget en matrixprinter, hvor en initiator er blækket 'trykt' på et uorganisk substrat, såsom en siliciumskive eller en guldoverflade, som derefter får børstehårene til at vokse i bestemte mønstre, ”Sagde Stefan Zauscher, Alfred M. Hunt Faculty Scholar og lektor i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke's Pratt School of Engineering.

"I vores mønsterstrategi er vi nu også i stand til at starte polymerbørstevækst på eksisterende børstesubstrater og dermed opnå mønstrede blokcopolymerbørster, ligesom transplantater, på polymere underlag, ”Sagde Zauscher. "Evnen til at skabe mere indviklede børstestrukturer giver mulighed for at bruge dem i biomedicinske applikationer som sensorer til påvisning af proteiner eller glukose."

Resultaterne af hans teams eksperimenter blev offentliggjort online i tidsskriftet Lille . Forskningen er støttet af National Science Foundation.

Zauscher sagde, at denne nye tilgang let kunne udvides til mange andre typer polymerer, og for at lave enten enkelt eller dobbelt lag pensler. Disse nanobørster, han sagde, ville have mange potentielle anvendelser, og ville åbne mulighederne for at bygge mere komplicerede polymerarkitekturer, som er meget efterspurgte efter nuværende og fremtidige teknologier.

I nyere forskning har offentliggjort tidligere i tidsskriftet Advanced Materials, Zauscher viste, at stimulans-responsive nanobørster ligner og fungerer som søanemoner, som har et væld af arme, der når op fra en fastgjort base. På samme måde som disse havdyr, nanobørster kan bruges til at fange og frigive mikropartikler, når de bevæger sig hen over en overflade.

"Disse mikrostrukturer har en potentiel anvendelse i mikrofluidiske systemer-såsom laboratorier-på-en-chip-til at fange og frigive partikler på foruddefinerede steder, på samme måde som søanemoner fanger deres bytte og leder det til deres mund ”Sagde Zauscher.

Andre hertugmedlemmer i teamet er Tao Chen og Debby Chang.