Nanopartikel taxa-materialer kan identificere, opsamle og transportere affald på overflader

Inspireret af proteiner, der kan genkende farlige mikrober og affald, derefter opsluge sådant materiale for at slippe af med det, polymerforskere ledet af Todd Emrick ved University of Massachusetts Amherst har udviklet nye polymerstabiliserede dråbeholdere, der kan identificere og indkapsle nanopartikler til transport i en celle, en slags "hent og aflever"-tjeneste, der repræsenterer den første succesfulde oversættelse af denne biologiske proces i en materialemæssig sammenhæng.

Som Emrick forklarer, "Disse bærere fungerer som nanopartikel -taxaer. De finder partikler på en overflade, genkende deres sammensætning, tag dem op og aflever dem senere på en anden overflade. Værket er inspireret af det meget sofistikerede biologiske/biokemiske maskineri, der opererer in vivo, findes for eksempel i tilfælde af osteoklaster og osteoblaster, der arbejder for at balancere knogletæthed gennem aflejring og udtømning af materiale. Vi kopierede dette med meget enklere komponenter:olie, vand og polyolefiner." Detaljer er nu online i Videnskabens fremskridt .

Han og kolleger mener, at deres er den første demonstration af overflade-til-overflade nanopartikeltransport eller flytning, og foreslår, at "at udvikle disse metoder ville være usædvanligt nyttig som en ikke-invasiv teknik til at overføre nanopartikelegenskaber (kemisk, optisk, magnetisk eller elektronisk) fra et materiale til et andet."

Processen er anderledes end konventionel rengøring, og indkapslings- og frigivelsesprocesser for nanopartikler "repræsenterer en potentiel vej til effektive materialetransport- og/eller genbrugsprocesser, " tilføjer de.

Forfatterne siger, at "design af materialer, der efterligner biologiens komplekse funktion, lover at omsætte effektiviteten og specificiteten af ​​cellulære processer til enkle, smarte syntetiske systemer." Fremtidige applikationer kan omfatte fremme af celleadhæsion, som er nødvendigt for at opretholde multicellulære strukturer, og medicinafgivelse, for eksempel.

Emrick siger, at han og hans UMass Amherst medforfattere inklusive Richard Bai, George Chang og Al Crosby forsøgte at tilpasse sådanne biologisk inspirerede fremskridt på to områder:polymerstabiliserede emulsionsdråber, der opfanger nanopartikler ved at opsluge dem i dråpens væske, og dråber, der kan afsætte nanopartikler på beskadigede områder af substrater til reparationsfunktioner.

Deres eksperimentelle system brugte hydroxyapatit, en calciumphosphat-rig struktur, der ligner hovedsammensætningen af ​​knogler. De vurderede opsamlingseffektivitet under flere eksperimentelle forhold og forsøgte at fastslå alsidigheden af ​​opsamling af nanopartikler ved hjælp af en række uorganiske og plastiske substrater. Forskerne fandt ud af, at opfangningen var dårlig fra visse overflader, tyder på, at "substratsammensætning kan udnyttes til at justere den relative grad af opsamling af nanopartikler."

Emrick påpeger, at projektet, støttet af US Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences, afspejler også en "atomeffektiv" metode til rengøring og reparation af materialer. På grund af dets iboende enkelhed og bevarelse af materiale, atomeffektivitet er et vigtigt begreb i den "grønne kemi"-tilgang til fremstilling af produkter.