Forskare börjar förstå beteendet hos så kallade "aktiva" partiklar, som, om det går att kontrollera har potentiella konsekvenser för konstruerade läkemedelsleveranssystem och smart 3D-utskrift, enligt en tvärvetenskaplig forskargrupp i Penn State.

Under ledning av Igor Aronson, Dorothy Foehr Huck och J. Lloyd Huck ordförande professor i biomedicinsk teknik, Kemi och matematik, forskarna publicerade sina nya fynd om aktiva partiklar den 16 november Avancerade intelligenta system .

Vanligtvis, partiklarna - som kan vara biologiska men, I detta fall, är cylindriska platina-guld nanoroder, mindre än en röd blodkropp till hälften-flöde i vätska genom en mikrokanal in i ett avsmalnande munstycke. När den väl samlats in där, de kan användas vid additiv tillverkning till tredimensionella utskriftsobjekt eller för att leverera terapi direkt till celler.

När partiklarna kan konsumera energi från miljön och bli aktiva, dock, deras beteende förändras, enligt Leonardo Dominguez Rubio, första författare på tidningen och doktorand i Aronsons laboratorium.

Forskarna doserade nanoroderna med väteperoxid, skapa energi som nanoroderna kan utnyttja och omvandla till mekanisk rörelse.

"Dessa partiklar simmar, "Dominguez Rubio sa." De kör själv. Det gör dem smarta. Om vi ​​kan styra deras position och orientering, vi kan utnyttja deras fastigheter. "

Enligt Dominguez Rubio, om alla partiklar är inriktade i ett material, då kan materialets mekaniska egenskaper uppvisa en egenskap i en riktning och en annan i en annan riktning. Frågan är att förstå hur man styr inriktningen.

"Det finns betydande forskning om transport av passiva partiklar av olika former, "Sa Aronson." Under de senaste hundra åren har det vetenskapliga samfundet har utvecklat en god förståelse för hur detta händer. Vi kan på ett tillförlitligt sätt manipulera passiva partiklar. Aktiva partiklar, emellertid - simningspartiklarna uppvisar ett helt annat beteende som vi precis har börjat utforska. "

I motsats till de passiva partiklarna som flyter till det avsmalnande munstycket, förblir parallell med botten av behållaren och något jämnt fördelad genom lösningen, de aktiva simpartiklarna dyker upprätt och lutar mot flödet. De klumpar sig också längs väggarna i behållaren och vid munstycksingången.

"Flödesparametrarna är olika, "Dominguez Rubio sa." Vi måste förstå dem för att kvantifiera och utveckla en modell för detta beteende. "

Dominguez Rubio förklarade att när forskarna först kan förstå och manipulera flödesparametrarna, de kan börja tillämpa dem. Just nu, dock, han sa, problemet är som att försöka administrera ett läkemedel till en patient. Läkaren vill att läkemedlet ska gå in i patienten, men läkemedlet simmar aktivt bort från att injiceras.

"I denna forskning, vi upptäckte att rörlighetsmekanismen och självorganisationen är mycket mer komplex än vi föreställde oss i början, "Sa Aronson.

Forskarna kommer att fortsätta att utveckla en modell för att förutsäga partikelbeteende, samt experimentera med hur munstycksformen påverkar aktiv partikelrörelse genom den.