Ny opdagelse af nanopartikler åbner døre for lægemidler

Hvad en studerende fra University of Central Florida troede var et mislykket eksperiment, har ført til en serendipitøs opdagelse, der af nogle videnskabsmænd hyldes som en potentiel game changer for masseproduktion af nanopartikler.

Soroush Shabahang, en kandidatstuderende i CREOL (The College of Optics &Photonics), gjort det fund, der i sidste ende kunne ændre måden, hvorpå lægemidler produceres og leveres.

Opdagelsen var baseret på at bruge varme til at bryde op længe, tynde fibre til små, frø af proportional størrelse, som har evnen til at holde flere typer materialer låst på plads. Arbejdet, offentliggjort i 18. juli-udgaven af Natur , åbner døren til en verden af ​​applikationer.

Craig Arnold, lektor i Mechanical and Aerospace Engineering ved Princeton University og en ekspert i lasermaterialeinteraktioner, der ikke arbejdede på projektet, sagde ingen andre i feltet har været i stand til at udføre den bedrift.

Med en ny ikke-kemisk metode til at skabe identiske partikler af enhver størrelse i store mængder, "de mulige anvendelser er op til din fantasi, " sagde Arnold.

Den mest umiddelbare udsigt er skabelsen af ​​partikler, der er i stand til at afgive medicin, som kan for eksempel, kombinere forskellige midler til at bekæmpe en tumor. Eller det kan kombinere en tidsfrigivelseskomponent med medicin, der kun aktiveres, når de når deres mål - inficerede celler.

"Med denne tilgang kan du lave en meget sofistikeret struktur uden mere indsats end at skabe de enkleste strukturer, " sagde Ayman Abouraddy, en adjunkt ved CREOL og Shabahangs mentor og rådgiver. Abouraddy har brugt sin karriere, først på Massachusetts Institute of Technology og nu på UCF, studere fremstillingen af ​​multimateriale fibre.

Teknikken er afhængig af varme for at bryde smeltede fibre til sfæriske dråber. Forestil dig, at der drypper vand fra en vandhane. Glasfibre er måske bedst kendt som de cylindriske kabler, der transmitterer digital information over lange afstande. For år, forskere har ledt efter måder at forbedre renheden af ​​glasfibre for at muliggøre hurtigere, forstyrrelsesfri transmission af lysbølger.

Shabahang og medstuderende Joshua Kaufman arbejdede på netop sådan et projekt, opvarmning og strækning af glasfiber på en hjemmelavet tilspidsningsmaskine. Shabahang bemærkede, at i stedet for det ønskede resultat at gøre midten af ​​kablet tyndere, materialet brød faktisk fra hinanden i flere miniaturekugler.

"Det var en slags fiasko for mig, " sagde Shabahang.

Imidlertid, da Abouraddy hørte, hvad der var sket, vidste han med det samme, at denne "fejl" var et stort gennembrud.

Mens han var på MIT, Abouraddy og hans mentor, Yoel Fink, en professor i materialevidenskab og nuværende direktør for MIT's Research Laboratory of Electronics, sagde, at de fik at vide af en teoretiker, at smeltet optisk fiber skulle tilpasse sig en proces kendt som Rayleigh-ustabilitet, som forklarer, hvad der får en faldende strøm af væske til at bryde i dråber.

På det tidspunkt, MIT-gruppen var fokuseret på at producere fibre indeholdende flere materialer. Holdet producerede fibre ved at opvarme en skalamodel kaldet en "præform" og strække den fra hinanden på samme måde som taffy fremstilles. Processen er kendt som termisk tegning.

Shabahangs eksperiment viser, at ved at opvarme og derefter afkøle multimaterialefibre, det teoretiske blev til virkelighed. Der produceres ensartede partikler, der ligner dråber. I øvrigt, Shabahang demonstrerede, at når sfærerne først dannes, yderligere materialer kan tilføjes og låses på plads som LEGO byggeklodser, resulterer i partikler med sofistikerede indre strukturer.

Særligt betydningsfuldt er skabelsen af ​​"strandbold"-partikler, der består af to forskellige materialer smeltet sammen på vekslende måde, ligner striberne på en badebold.

Kaufman, Shabahang og Abouraddy bidrog til Natur artikel ud over Guangming Tao fra CREOL, UCF; Esmaeil-Hooman Banaei fra Institut for Elektroteknik og Datalogi, UCF; Daosheng S. Deng, Institut for Kemiteknik, MIT; Xiangdong Liang, Institut for Matematik, MIT; Steven G. Johnson, Institut for Matematik, MIT; og Yoel Fink fra MIT.