Bartenders och kockar har länge insett värdet av en orange twist, men tack vare forskare vid University of Central Florida, att pressa apelsiner kan ge oss ett nytt sätt att leverera medicin eller att upptäcka brofel innan de inträffar.

Ingenjörsassistent Andrew K. Dickerson och doktorand Nicholas M. Smith har listat ut mekaniken i hur apelsiner släpper den tunna strömmen av doftande olja när de pressas. De karakteriserade apelsinskalens struktur och räknade ut vilken roll lagren har för att skapa mikrojetdynamiken. Genom att efterlikna naturens mekanism av ett orange lager, läkemedelsföretag kan kanske utveckla ett billigare och mindre komplext sätt att leverera luftburen medicin.

"Vi studerar naturliga system för att matematiskt karakterisera hur skapelsen fungerar, och trots att citrusfrukter konsumeras, dessa jetplan hade inte studerats tidigare, ", sa Dickerson. "Naturen är vår största inspiration för att ta itu med verkliga problem."

Teamets resultat publiceras i dagens Handlingar från National Academy of Sciences .

Floridas frukt är komplex. Dess hårda yttre lager skyddar frukten, och ett vitt svampigt lager strax under huden har mikroskopiska oljereservoarer i dolda fickor. Det svampiga materialet absorberar stötar, men när den pressas till ett kritiskt tryck trycker den upp och tårar öppnar en minuts sektion av det hårda yttre skiktet för att spruta dess doftande ström. Dessa mikrostrålar är små men snabba, lämnar sina håligheter med 22 mph i genomsnitt genom att accelerera 5, 000 Gs, vilket motsvarar ungefär 1, 000 gånger kraften som astronauterna känner vid uppskjutning.

"Det finns flera potentiella tillämpningar, " sa Smith. "Till exempel, för astmatiker, du kan ha en liten bit material som skulle aerosolisera akutmedicin som du för närvarande hittar i dyra, multi-inhalatorer. Detta tillvägagångssätt kan vara billigare och biologiskt nedbrytbart."

Ett apelsinskal frigör en oljig substans, och dynamiken bör hålla för andra typer av vätskor, sa forskarna.

Men det finns fortfarande lite forskning som behövs innan man sätter apelsinskalstrategin i arbete med att leverera medicin.

"Först, vi måste räkna ut storlekar och proportioner, ", sa Dickerson. "Det är viktigt att förstå exakt hur mikrojetstrålar fungerar och hur man ställer in deras stabilitet för medicinska tillämpningar. Storleken på dropparna och mängden medicin de bär på är avgörande. Vi har några sätt att gå innan applikationer kan utforskas. "

Men när det händer, möjligheterna begränsas bara av fantasin.

"Föreställ dig en självdiagnoserande bro, " Sa Dickerson. "Den skulle ha ett apelsinliknande hudlager och när du närmade dig materialfel, du skulle få en förebyggande varning, en färgförändring kanske."

Dickerson, en vätskedynamisk expert, gör karriär med att studera naturen. Han har redan publicerat flera artiklar som tittar på vad man kan lära sig av den ökända våthundskakan och hur myggor överlever kollisioner med regndroppar. Att studera shaken hjälper oss att förstå hur man självtorkar stora ytor som solpaneler. Och att studera hur myggor överlever regn kan hjälpa till att skapa strategier för att bekämpa de sjukdomsbärande insekterna.

"Få labb nationellt gör den här typen av forskning, ", sade Smith. "Det är en av anledningarna till att jag kom till UCF för att göra mitt examensarbete. Det här är spännande grejer. Naturen har haft miljarder år på sig att få de tekniska principerna rätt och jag får titta på dem, ta reda på dem och lek sedan med dem för att lösa problem. Det är ganska spännande!"