Afrundede krystaller, der efterligner søstjerneskaller, kan fremme 3D-udskrivningspiller

I et design, der efterligner en svær at kopiere tekstur af søstjerneskaller, Ingeniører fra University of Michigan har lavet afrundede krystaller, der ikke har nogen facetter.

"Vi kalder dem nanolober. De ligner små varmluftsballoner, der stiger op fra overfladen, "sagde Olga Shalev, en doktorand i materialevidenskab og teknik, der arbejdede på projektet.

Både nanolobernes form og den måde, de er lavet på, har lovende applikationer, siger forskerne. Geometrien kan potentielt være nyttig til at guide lys i avancerede lysdioder, solceller og ikke -reflekterende overflader.

Et lag kan hjælpe et materiale med at afvise vand eller snavs. Og den proces, der blev brugt til at fremstille dem-organisk dampstråleudskrivning-egner sig måske til 3D-printende medicin, der absorberes bedre i kroppen og muliggør personlig dosering.

Nanoskala formerne er lavet af bor subphthalocyaninchlorid, et materiale, der ofte bruges i organiske solceller. Det er i en familie af små molekylære forbindelser, der har tendens til at lave enten flade film eller facetterede krystaller med skarpe kanter, siger Max Shtein, UM lektor i materialevidenskab og teknik, makromolekylær videnskab og teknik, kemiteknik, og kunst og design.

"I mine år med at arbejde med denne slags materialer, Jeg har aldrig set former, der lignede disse. De minder om, hvad du får fra biologiske processer, "Sagde Shtein." Naturen kan nogle gange producere glatte krystaller, men ingeniører har ikke været i stand til at gøre det pålideligt. "

Echinoderm havdyr som sprøde stjerner har beordret afrundede strukturer på deres kroppe, der fungerer som linser for at samle lys i deres rudimentære øjne. Men i et laboratorium, krystaller sammensat af de samme mineraler har en tendens til enten at blive facetteret med flade ansigter og skarpe vinkler, eller glat, men mangler molekylær orden.

UM-forskerne lavede de buede krystaller ved et uheld for flere år siden. De har siden sporet deres skridt og fundet ud af, hvordan man gør det med vilje.

I 2010, Shaurjo Biswas, derefter en doktorand ved U-M, lavede solceller med den organiske dampstråleprinter. Han kalibrerede maskinen igen efter at have skiftet mellem materialer. En del af rekalibreringsprocessen involverer at se nærmere på de friske lag af materiale, af film, trykt på en tallerken.

Biswas røntgenbillede flere film med forskellige tykkelser for at observere krystalstrukturen. Han bemærkede, at borsubthalocyaninchloridet, som typisk ikke danner ordnede former, begyndte at gøre det, når filmen blev tykkere end 600 nanometer. Han lavede nogle tykkere film for at se, hvad der ville ske.

"Først, vi spekulerede på, om vores apparat fungerede korrekt, "Sagde Shtein.

Ved 800 nanometer tyk, det gentagne nanolobe -mønster dukkede op hver gang.

I lang tid, klatterne var lab nysgerrigheder. Forskere fokuserede på andre ting. Derefter blev doktorand Shalev involveret. Hun var fascineret af strukturerne og ville forstå årsagen til fænomenet. Hun gentog eksperimenterne i et modificeret apparat, der gav mere kontrol over betingelserne for at variere dem systematisk.

Shalev samarbejdede med fysikprofessor Roy Clarke for at få en bedre forståelse af krystalliseringen, og professor i maskinteknik Wei Lu for at simulere overfladens udvikling. Hun er første forfatter til et papir om resultaterne offentliggjort i den aktuelle udgave af Naturkommunikation .

"Så vidt vi ved, ingen anden teknologi kan gøre dette, "Sagde Shalev.

Den organiske dampstråleudskrivningsproces, forskerne bruger, er en teknik, Shtein hjalp med at udvikle, da han var på kandidatskole. Han beskriver det som spraymaling, men med en gas frem for med en væske. Det er billigere og lettere at gøre for visse applikationer end konkurrerende metoder, der involverer stenciler eller kun kan gøres i et vakuum, Siger Shtein. Han er især håbefuld om mulighederne for denne teknik til at fremme nye 3D-trykte farmaceutiske koncepter.

For eksempel, Shtein og Shalev mener, at denne metode giver en præcis måde at kontrollere størrelsen og formen af ​​medicinpartiklerne, for lettere optagelse i kroppen. Det kan også tillade, at lægemidler fastgøres direkte til andre materialer, og det kræver ikke opløsningsmidler, der kan indføre urenheder.