Ingeniørforskere studerer nanostrukturer fra principper til applikationer

Mand-og-hustru-forskere Krishnan Venkatakrishnan og Bo Tan beviser, at gode ting virkelig kan komme i små pakker-især hvis pakken måler en milliarddel af en meter. Tan er professor i rumfartsteknik, mens Venkatakrishnan er professor i maskin- og industriteknik. Parret mødtes, mens de afsluttede ph.d.-studier ved Nanyang Technological University i Singapore, og i dag deler de et laboratorium - og co-superviser studerende - på Ryerson.

Bortset fra personlige forhold, hvorfor samarbejde med en maskiningeniørprofessor, når din egen ekspertise er inden for rumfartsteknik? Tan forklarer:"Processen med at lave et fly kræver mange discipliner - fysik, elektroteknik og maskinteknik, for blot at nævne nogle få. Plus, [gennem tværfaglige partnerskaber], Anvendelsen af ​​min forskning kan gå ud over rumfartsindustrien."

I 2008, både Tan og Venkatakrishnan modtog Early Researcher Awards fra Ontario Ministry of Research and Innovation for deres arbejde med avanceret produktionsforskning. Disse dage, forskerne er fokuseret på bittesmå enheder kaldet nanostrukturer. Disse fremstillede konfigurationer af partikler, i skala fra molekylær til mikroskopisk, repræsentere et relativt nyt studieområde - så nyt faktisk, at teorier udviklet i dag kunne modbevises kun fem år fra nu.

"Vores forskningsinteresser supplerer hinanden, " siger Venkatakrishnan. "Min kone udforsker de grundlæggende principper for nanostrukturer, mens jeg kigger på deres ansøgninger."

Og der er meget at vælge imellem. For eksempel, Venkatakrishnan og Tan begyndte først at studere nanostrukturer inden for mikroelektronik. For nylig, selvom, forskerne er begyndt at udvikle nanostrukturer ved hjælp af en række forskellige materialer.

Et eksempel:parrets forskning i æggeskal-baserede nanostrukturer - co-forfattet med Ryerson ph.d.-kandidat Amirhossein Tavangar - blev offentliggjort i sidste måned i Journal of Nanobiotechnology. Men æggeskaller er ikke de eneste materialer, der kan understøtte nanostrukturer; knogler og andre naturlige biomaterialer bliver også undersøgt i Venkatakrishnan og Tans laboratorium.

Typisk, skrøbelig keramik eller stive polymerer bruges i kirurgi til at reparere ødelagte, gamle eller kræftbeskadigede knogler. Nanostrukturer indlejret i faktiske knogler, imidlertid, tilbyde en bedre løsning og kan hjælpe med at "lime" forringede eller fragmenterede knogler sammen igen. Gennem en biomedicinsk proces kaldet vævsstilladser, en porøs, kunstigt skabt materiale bruges til at simulere ægte væv og stimulere ny knoglevækst i kroppen - noget som andre transplantationsmaterialer er begrænset i deres kapacitet til at gøre.

Venkatakrishnan og Tan undersøger også, hvordan nanostrukturer kan forbedre effektiviteten af ​​solenergipaneler. Ved at mindske mængden af ​​lys, der reflekteres fra et solpanel, nanostrukturer vil gøre det muligt at omdanne mere solenergi til elektricitet.

Endelig, forskerne udforsker brugen af ​​nanostrukturer til overvågning af vandkvalitet. Fungerer som sensorer, nanostrukturer kan generere signaler, der indikerer tilstedeværelsen af ​​forurenende stoffer i drikkevand.

Til det formål, Venkatakrishnan siger, at det ikke behøver at være særlig kompliceret at studere de mange potentielle anvendelser af nanostrukturer. "Andre forskere bruger komplekse processer og enormt dyrt udstyr, men i vores laboratorium, vi bruger et simpelt koncept, og det kan anvendes på mange materialer."