Les Chercheurs au MIT et à l'Université de la Floride (UCF) Centrale ont développé une technique neuve versatile de fabrication pour effectuer de grandes quantités des sphères uniformes à partir d'une grande variété de matériaux - une technique qui active le contrôle sans précédent du design de différentes, microscopiques particules.
Les particules, y compris le composé, ont modelé des sphères, ont pu trouver des utilisations dans tout de la recherche biomédicale et de l'accouchement de médicament au traitement de l'électronique et de matériaux.
La méthode est une conséquence d'une technique pour effectuer de longues, minces fibres hors des matériaux multiples, développés au cours des dernières années au MIT par des membres de la même chose. Les travaux récents, enregistrés cette semaine dans la Nature de tourillon, commencent en effectuant les fibres minces suivre cette méthode plus précoce, mais d'autre part ajoutent une phase supplémentaire de chauffer les fibres pour produire une ligne des sphères minuscules - comme une chaîne de caractères des perles - dans ces fibres.
La fabrication Conventionnelle des particules sphériques microscopiques utilise un élan « ascendant », élevant les sphères encore des « graines » plus minuscules - un élan qui est seulement capable de produire les particules très minuscules. Cette méthode « hiérarchisée » neuve, cependant, peut produire des sphères aussi petites que 20 nanomètres (au sujet de la taille des plus petits virus connus) ou aussi grandes que deux mm (au sujet de la taille d'une tête d'épingle), signifiant les plus grandes particules sont 100.000 fois plus grands que les plus petites. Mais pour un lot donné, la taille des sphères produites peut être extrêmement uniforme - beaucoup davantage ainsi qu'est possible avec l'élan ascendant.
Yoel Fink, un professeur de science des matériaux et directeur du Laboratoire de Recherche du MIT de l'Électronique, dont le groupe a développé la méthode plus précoce de produire les fibres multimaterial, explique que la méthode neuve peut également produire les sphères multimaterial se composant de différents couches ou segments. Bien plus de structures complexes sont possibles, il dit, offrant le contrôle sans précédent de l'architecture et de la composition de particules.
Les utilisations à court terme le plus susceptibles du procédé neuf seraient pour des applications biomédicales, dit Ayman Abouraddy, un postdoc ancien en laboratoire de Fink qui est maintenant un professeur adjoint à l'Université d'UCF du Bloc Optique et du Photonics. « Les applications Particulières des nanoparticles sont aujourd'hui pour l'accouchement réglé de médicament, » il dit. Mais avec ce procédé neuf, des médicaments deux ou plus différents - même ceux qui sont normalement incompatibles - pourraient être combinés à l'intérieur de différentes particules, et être relâchés seulement une fois qu'ils ont atteint leur destination destinée dans le fuselage.
Des possibilités Plus exotiques pourraient se présenter plus tard, Abouraddy ajoute, y compris des « metamaterials » neufs avec les propriétés optiques avancées qui étaient précédemment inaccessibles.
L'opération de base concerne produire un grand cylindre de polymère, appelé une « préformation, » contenant un noyau interne de cylindre de semi-conducteur qui est un modèle renforcé exact de la structure finale de fibre ; cette préformation est alors passionnée jusqu'à ce qu'elle soit assez molle pour être tirée dans une fibre mince, comme le bonbon au caramel. La structure interne de la fibre, faite de matériaux cela tout se ramollissent à la même température, maintient la configuration interne du cylindre initial.
La fibre est alors passionnée davantage de sorte que le noyau semi-conducteur forme un liquide, produisant une suite de gouttelettes sphériques discrètes dans la fibre autrement continue. Ce même phénomène entraîne un courant d'eau de diminution d'un robinet à éventuellement divisent en flot des gouttelettes, célèbre capturé par Harold le « Doc. » Edgerton du MIT dans ses images stroboscopiques.
Abouraddy dit cela pendant une visite aux tempes antiques en son Egypte indigène, il a trouvé une apparence d'inscription qui même il y a bien longtemps, les gens se rendaient compte de cette dégradation d'un courant d'eau dans des gouttelettes - provoquées par un procédé maintenant connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh.
Dans le procédé neuf de fabrication développé par l'équipe d'Abouraddy et de Fink, ces gouttelettes « gèlent » en place pendant que la fibre solidifie ; l'étui du polymère de la préformation les maintient alors verrouillées en place jusqu'à ce qu'il plus tard est dissous loin. Ceci surmonte un autre problème avec la production traditionnelle des nanoparticles : leur tendance de grouper en masse compacte ensemble.
En principe, Abouraddy dit, la découverte de ce procédé pour former des particules pourrait être venue il y a de nombreuses années. Mais même après que les théoriciens avaient prévu que de telles instabilités pourraient former en cours de fibres de retrait, la découverte neuve est venue accidentellement : Joshua Kaufman, un élève d'Abouraddy, essayait de produire des fibres, mais son expérience « défaillie » quand la fibre a continué à se décomposer des gouttelettes.
Abouraddy, qui a su la possibilité théorique, a immédiatement identifié que cette « défaillance » était réellement une découverte importante - une qui avait éludé des précédentes tentatives simplement parce que le procédé exige une combinaison précise de la synchronisation, de la température et des matériaux. Kaufman est l'auteur important du papier de Nature.
« La capacité d'armer et régler l'instabilité liquide passagère dans une fibre a des implications profondes pour de futurs dispositifs, » Fink dit, et pourrait mener à une grande variété d'utilisations. Tandis Que le groupe a expliqué la production des particules de « ballon de plage » de six-segment, en principe beaucoup plus de structures complexes, faites d'un grand choix de matériaux, devraient également être possibles, il dit. N'importe Quel matériau qui pourrait être tiré dans une fibre pourrait, en principe, être maintenant transformé en petite particule.
Le travail a été supporté par le National Science Foundation, le Bureau de l'Armée de l'Air de la Recherche Scientifique et le Bureau de Recherches de Forces Terrestres par l'Institut du MIT pour des Nanotechnologies de Soldat.