Lysudskårne nano-vulkaner lover medikamentlevering

(Phys.org) – Forskere fra North Carolina State University har udviklet en metode til at skabe "nano-vulkaner" ved at skinne forskellige farver af lys gennem en nanoskala "krystalkugle" lavet af en syntetisk polymer. Disse nano-vulkaner kan opbevare præcise mængder af andre materialer og lover nye teknologier til udlevering af lægemidler.

Forskerne skaber nanovulkanerne ved at placere sfæriske, transparente polymer nanopartikler direkte på den flade overflade af en tynd film. De skinner derefter ultraviolet lys gennem den gennemsigtige kugle, som spreder lyset og skaber et mønster på den tynde film. Den tynde film er lavet af et fotoreaktivt materiale, der undergår en kemisk forandring, uanset hvor det er blevet ramt af lyset. Forskerne nedsænker derefter den tynde film i en flydende opløsning, der vasker de dele af filmen væk, der blev udsat for lys. Materialet, der bliver tilbage, er formet som en nanoskala vulkan.

"Vi kan kontrollere lysmønsteret ved at ændre diameteren af ​​nanopartikelkuglerne, eller ved at ændre bølgelængden – eller farven – af lyset, som vi skinner gennem sfærerne, " siger Xu Zhang, en ph.d.-studerende i maskin- og rumfartsteknik ved NC State og hovedforfatter på et papir, der beskriver arbejdet. "Det betyder, at vi kan kontrollere formen og geometrien af ​​disse strukturer, såsom hvor stort hulrummet i nanovulkanen vil være."

Forskerne udviklede en meget nøjagtig computermodel, der forudsiger formen og dimensionerne af nanovulkanerne baseret på diameteren af ​​nanoskala-kuglen og lysets bølgelængde.

Fordi disse strukturer har præcist målte hule kerner, og præcist målte åbninger ved "mundingen" af nano-vulkanerne, de er gode kandidater til lægemiddelleveringsmekanismer. Størrelsen af ​​kernen ville give brugerne mulighed for at kontrollere mængden af ​​det stof, en nanovulkan ville opbevare, mens størrelsen af ​​åbningen i toppen af ​​nanovulkanen kunne bruges til at regulere lægemidlets frigivelse.

"De materialer, der bruges i denne proces, er relativt billige, og processen kan nemt skaleres op, " siger Dr. Chih-Hao Chang, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik ved NC State og medforfatter af papiret. "Ud over, vi kan producere nano-vulkanerne i en ensartet mønstret række, som også kan være nyttig til at kontrollere lægemiddellevering."

Changs team arbejder nu på at forbedre deres forståelse af frigivelseshastigheden fra nano-vulkanerne, såsom hvor hurtigt nanopartikler af forskellig størrelse vil "undslippe" fra nanovulkaner med forskellig størrelse mund. "Det er væsentlig information for ansøgninger om medicinlevering, " siger Chang.

"Det er spændende at tage vores forståelse af, hvordan lys spredes af partikler, og anvende det på nanolitografi for at finde på noget, der rent faktisk kunne hjælpe folk."