(PhysOrg.com)-Precis som cilia som fodrar lungorna hjälper till att hålla gångarna rena genom att flytta partiklar längs spetsarna av de små hårstrukturerna, konstgjorda små borstar som kallas nanoborstar kan hjälpa till att minska friktion längs ytor på molekylär nivå, bland annat.

I deras senaste experimentserie, Duke University ingenjörer har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att syntetisera dessa nanoborstar, vilket kan förbättra deras mångsidighet i framtiden. Dessa polymerborstar används för närvarande i biologiska sensorer och mikroskopiska enheter, som mikrokonsoler, och de kommer att spela en viktig roll i den framtida strävan mot miniatyrisering, sa forskarna.

Nanoborstar är vanligtvis gjorda av polymermolekyler som odlas på plana ytor med strängar av molekylerna som växer upp och ut från en yta, ungefär som hårstrån på en borste. Polymerer är stora konstgjorda molekyler som finns överallt vid tillverkningen av vardagsprodukter.

Som mikroskopiska fruktträdgårdsskötare, Duke-forskarna har ympat buntar av polymer "lemmar" på plana ytor som kallas substrat, redan täckt med borstborst. I sitt tillvägagångssätt, två olika borstar kan fogas och mönstras i mikroskala. Eftersom "lemmarna" kan vara gjorda av en annan substans än substratet, forskarna tror att dessa nanostrukturer kan avsevärt ändra egenskaperna hos en given yta.

För att göra en sådan nanoborste, forskare lägger till en kemikalie känd som en initiator till den plana ytan, vilket stimulerar tillväxten av trådarna.

"Ett av de vanligaste sätten att odla penslar är ungefär som en matrisskrivare, med en initiator som bläcket "tryckt" på ett oorganiskt substrat, såsom en kiselskiva eller en guldyta, som sedan får borstborsten att växa i specificerade mönster, sa Stefan Zauscher, Alfred M. Hunt Faculty Scholar och docent i maskinteknik och materialvetenskap vid Duke's Pratt School of Engineering.

"I vår mönstringsmetod kan vi nu också initiera polymerborsttillväxt på befintliga borstsubstrat och på så sätt erhålla mönstrade blocksampolymerborstar, precis som transplantat, på polymera substrat, ”Sa Zauscher. "Möjligheten att skapa mer invecklade borststrukturer ger möjlighet att använda dem i biomedicinska applikationer som sensorer för detektion av proteiner eller glukos."

Resultaten av hans lags experiment publicerades online i tidningen Små . Forskningen stöds av National Science Foundation.

Zauscher sa att detta nya tillvägagångssätt lätt kunde utökas till många andra typer av polymerer, och att göra antingen enkla eller dubbla lager av penslar. Dessa nano-borstar, han sa, skulle ha många potentiella användningsområden, och skulle öppna möjligheterna för att bygga mer komplicerade polymerarkitekturer, som är mycket efterfrågade för nuvarande och framtida teknik.

I nyare forskning, publicerad tidigare i tidskriften Advanced Materials, Zauscher visade att stimuluskänsliga nanoborstar liknar och fungerar som havsanemoner, som har en mängd armar som sträcker sig upp från en fäst bas. På samma sätt som dessa havsdjur, nanoborstar kan användas för att fånga och släppa mikropartiklar när de rör sig över en yta.

”Dessa mikrostrukturer har en potentiell användning i mikrofluidiska system-som labs-on-a-chip-för att fånga upp och släppa ut partiklar på fördefinierade platser, ungefär som havsanemonerna fångar sitt byte och leder det till munnen, ”Sa Zauscher.

Andra Duke-medlemmar i laget är Tao Chen och Debby Chang.