Vad en student vid University of Central Florida trodde var ett misslyckat experiment har lett till en slumpmässig upptäckt som av vissa forskare hyllats som en potentiell spelväxlare för massproduktion av nanopartiklar.

Soroush Shabahang, en doktorand i CREOL (The College of Optics &Photonics), gjorde upptäckten som i slutändan skulle kunna förändra hur läkemedel produceras och levereras.

Upptäckten baserades på att använda värme för att bryta upp länge, tunna fibrer till små, proportionellt stora frön, som har förmågan att hålla flera typer av material låsta på plats. Arbetet, publicerad i 18 juli-numret av Natur , öppnar dörren till en värld av applikationer.

Craig Arnold, docent i Mechanical and Aerospace Engineering vid Princeton University och en expert på lasermaterialinteraktioner som inte arbetade med projektet, sa att ingen annan i fältet har kunnat åstadkomma den bedriften.

Med en ny icke-kemisk metod för att skapa identiska partiklar av alla storlekar i stora mängder, "möjliga tillämpningar är upp till din fantasi, sa Arnold.

Den mest omedelbara utsikten är skapandet av partiklar som kan leverera läkemedel som kan, till exempel, kombinera olika medel för att bekämpa en tumör. Eller det kan kombinera en tidsfrisättningskomponent med mediciner som bara aktiveras när de når sitt mål - infekterade celler.

"Med detta tillvägagångssätt kan du skapa en mycket sofistikerad struktur utan mer ansträngning än att skapa de enklaste strukturerna, " sa Ayman Abouraddy, en biträdande professor vid CREOL och Shabahangs mentor och rådgivare. Abouraddy har tillbringat sin karriär, först vid Massachusetts Institute of Technology och nu vid UCF, studera tillverkning av multimaterialfibrer.

Tekniken bygger på värme för att bryta smälta fibrer till sfäriska droppar. Föreställ dig vatten som droppar från en kran. Glasfibrer är kanske mest kända som de cylindriska kablarna som överför digital information över långa avstånd. För år, forskare har letat efter sätt att förbättra renheten hos glasfibrer för att möjliggöra snabbare, störningsfri överföring av ljusvågor.

Shabahang och doktorandkollegan Joshua Kaufman arbetade på just ett sådant projekt, värma och sträcka glasfiber på en hemmagjord avsmalningsmaskin. Shabahang märkte att istället för det önskade resultatet att göra kabelns mitt tunnare, materialet bröts faktiskt isär i flera miniatyrsfärer.

"Det var ett slags misslyckande för mig, " sa Shabahang.

Dock, när Abouraddy hörde vad som hade hänt visste han direkt att detta "misstag" var ett stort genombrott.

På MIT, Abouraddy och hans mentor, Yoel Fink, en professor i materialvetenskap och nuvarande chef för MIT:s forskningslaboratorium för elektronik, sa att de fick höra av en teoretiker att smält optisk fiber borde passa in i en process som kallas Rayleigh instabilitet, som förklarar vad som får en fallande ström av vätska att bryta ner i droppar.

Just då, MIT-gruppen var fokuserad på att producera fibrer som innehåller flera material. Teamet producerade fibrer genom att värma upp en skalenlig modell som kallas en "preform" och sträcka isär den ungefär som taffy tillverkas. Processen är känd som termisk ritning.

Shabahangs experiment visar att genom att värma och sedan kyla multimaterialfibrer, det teoretiska blev verklighet. Enhetliga partiklar som ser ut som droppar produceras. Dessutom, Shabahang visade att när sfärerna väl bildas, ytterligare material kan läggas till och låsas på plats som LEGO byggklossar, resulterar i partiklar med sofistikerade inre strukturer.

Särskilt betydelsefullt är skapandet av "beach ball"-partiklar som består av två olika material som smälts samman på alternerande sätt, liknar ränderna på en badboll.

Kaufman, Shabahang och Abouraddy bidrog till Natur artikel förutom Guangming Tao från CREOL, UCF; Esmaeil-Hooman Banaei från institutionen för elektroteknik och datavetenskap, UCF; Daosheng S. Deng, Institutionen för kemiteknik, MIT; Xiangdong Liang, Institutionen för matematik, MIT; Steven G. Johnson, Institutionen för matematik, MIT; och Yoel Fink från MIT.