Fra stærkere Kevlar til bedre biologi

Placer to store, robuste træstammer i et vandløb, og de vil hjælpe med at lede vandet i en bestemt retning. Men tænk, hvis vandet begyndte at efterligne træstammernes stivhed ud over at flyde langs dem. Det er i det væsentlige det, der sker i en rettet monteringsmetode udviklet af Marilyn Minus, en adjunkt i Nordøstens Institut for Mekanik og Industri.

I stedet for logfiler, Minus bruger små carbon nanorør, og hendes "vand" kan være næsten enhver form for polymeropløsning. Indtil nu, hun har brugt tilgangen til at udvikle et polymerkompositmateriale, der er stærkere end Kevlar, men alligevel meget billigere og lettere. I det tilfælde, polymeren følger ikke kun retningen af ​​nanorørsstammerne, men efterligner også deres unikke stærke egenskaber.

Med finansiering fra en ny CAREER-pris fra National Science Foundation, Minus udvider nu dette arbejde til at inkorporere flere polymerklasser:flammehæmmende materialer og biologiske molekyler.

"Med flammehæmmere, vi vil have høj temperatur polymer og nanorør til at interagere, ikke nødvendigvis fungere som nanorørene, "Sagde Minus. I det væsentlige, hun vil have de to materialer til at "kommunikere" ved at sende varme mellem hinanden, derved øger temperaturtærsklen for flammehæmmerne og lader dem holde endnu længere. "Nanomaterialet kan gribe den varme og lede den væk, og det sparer dybest set den polymer fra at brænde op for hurtigt, " forklarede hun. "Den polymer, vi bruger, kan allerede modstå ret høje temperaturer; vi skubber det bare endnu længere."

I tilfældet med kollagen - det første biologiske molekyle, som Minus har anvendt sin metode på - håber Minus, at tilgangen vil give nanorørene mulighed for at give deres stivhed til systemet. Inde i kroppen, kollagenmolekyler organiserer sig i en kompleks matrix, der understøtter strukturen af ​​hver eneste af vores celler. Men uden for kroppen, forskere har haft store udfordringer med at forsøge pålideligt at genskabe denne matrix.

Hvis videnskabsmænd kunne få kollagen til at virke uden for kroppen på samme måde, som det gør indeni, det kunne give en uvurderlig platform til at teste stoffer, forstå, hvordan væv fungerer, og endda kaste lys over oprindelsen af ​​en række sygdomme, sagde minus.

Baseret på hendes tidligere forskning, hun har fundet ud af, at nøglen til succes med at anvende denne tilgang er at matche størrelsen og geometrien af ​​de carbon nanopartikler, hun bruger, med den af ​​den pågældende polymer. For eksempel, kollagenmolekyler er cirka 300 nanometer lange og 1,5 nanometer i diameter, så hun vil gerne finde et nanorør, der stort set opfylder disse dimensioner. Hun vil også gerne bruge nanorør til denne applikation i stedet for de andre kulstofformer, hun har til sin rådighed:grafen, grafit, fulderener, eller endda små nanocarbonpartikler - som hver især har en unik struktur.

"Vi forsøger at ændre systemets entropi for at få polymererne til at organisere sig omkring nanomaterialerne, " sagde Minus. "Så burde du kunne få denne effekt."