Dyrkning af guld:Forskere udvikler guld nanotråde til biomedicinske procedurer

Vokset som et snefnug og slebet med en symaskine, en ny enhed af forskere fra Kansas State University kan være til gavn for biomedicinske fagfolk og de patienter, de betjener under elektrode- og organtransplantationsprocedurer.

Enheden bruger guld nanotråde og er udviklet af Bret Flanders, lektor i fysik, og Govind Paneru, tidligere uddannet forskningsassistent i fysik, at manipulere og fornemme karakteristika af individuelle celler i medicinske procedurer. Guld nanotrådene er 1, 000 gange mindre end et menneskehår.

"Konventionelle kirurgiske værktøjer, inklusive elektroder, der er implanteret i folks væv, er ugunstigt store på celleniveau, " Flandern sagde. "At arbejde på det individuelle cellulære niveau er af stigende betydning inden for områder som neurokirurgi. Potentielt, denne elegante enhed, lavet af guld nanotråde, kunne komme tæt på og gøre arbejdet."

Flandern sagde, at størrelsen på nanotråde er det, der gør deres enhed så unik.

Hver ledning er mindre end 100 nanometer i diameter. Celler i hud og hår er cirka 10-20 mikrometer i diameter, mens røde blodlegemer måler cirka 7 mikrometer. Fordi ledningen er så lille, den kan gennembore en biologisk celle for at stimulere cellemembranen og undersøge dens indre.

Nanotrådene er elektrokemisk dyrket, hvilket betyder, at de ikke vokser ved at forlænge eller forstørre en eksisterende ledning, men snarere ved at akkumulere partikler fra opløsning til en ny ledning.

I stærkt zoomede videooptagelser ser nanotråden ud til at vokse ud af den mikrometertykke elektrode. Rent faktisk, nanotråden dannes på samme måde som, hvordan et snefnug samles på himlen, når vanddampmolekyler i luften kondenserer på overfladen af ​​pollen eller støv og vokser uensartet, indtil de bliver til et genkendeligt snefnug.

"Vi starter med en skarp mikroelektrode på en mikroskopscene, " sagde Flandern. "Som snefnugdannelse, guldatomerne kondenserer på dens skarpe spids. Som vandet, der kondenserer på snefnugsfrøet, den gyldne opløsning kondenserer til guldets frø, ' eller mikroelektroden."

Forskerne udviklede skarpe elektroder med et ukonventionelt værktøj, der ikke findes i mange laboratorier:en symaskine.

"Det er som at sætte tråden i en blyantspidser, hvor du drejer håndsvinget for at skærpe det, bortset fra at vi ikke gør det mekanisk med en blyantspidser - vi gør det med en almindelig saltopløsning og en symaskine, "Flandern sagde." Dette viste sig at være den tilgang, der fungerede bedst, og symaskinen kostede kun $10 hos Frelsens Hær."

Symaskinen svinger mikroelektroden op og ned i et bæger med kaliumchloridopløsning. Påføring af en spænding opløser spidsen af ​​mikroelektroden.

"Processen skærper elektroden, fordi spidsen er længere i opløsningen end noget andet punkt, " sagde Flandern. "Hvis vi ikke svingede ledningen, hele ledningen ville opløses. I stedet, at dyppe spidsen ind og ud får spidsen til at opløses mest, derved skærper den."

Den slebne elektrode gør det muligt for nanotråden at vokse. Forskerne fjerner derefter nanotråden fra elektroden og sender den til samarbejdspartnere i hele landet, herunder et nanofabrikationsfirma, der kan inkorporere opfindelsen i en allerede eksisterende enhed for at give den større kraft.

Forskningen blev for nylig offentliggjort i tidsskrifterne Anvendt fysik bogstaver og Nanoteknologi , og er blevet præsenteret på møder i Materials Research Society og American Physical Society.