(Phys.org) —I en vetenskaplig två-mot-en-affär, Cornell-forskare har skapat kompartment nanopartiklar som kan bära två eller flera olika läkemedel till samma mål. Under tiden, samma teknik tillämpas på bränsleceller, där katalysatorer kan formas till porösa strukturer för att exponera mer ytarea.

Ulrich Wiesner, Spencer T. Olin professor i materialvetenskap och teknik, har finjusterat "sol-gel"-kemi som används för att självmontera porösa kiseldioxidpartiklar, få den att växla halvvägs genom en reaktion, och skapa vad som uppgår till två eller flera olika nanopartiklar sammanfogade. Fyndet rapporterades i 19 april -numret av Vetenskap . Wiesner är senior författare.

"Det är första gången jag är medveten om att formerna på partiklarna har kontrollerats, ", sa Wiesner. "Produkterna hittills är ganska enkla partiklar med två eller tre fack som ser lite ut som små versioner av en rymdstation med utskjutande livsmiljöer, men metoderna kan utökas för att skapa mycket mer komplexa strukturer, " han sa.

Upptäckten var delvis serendipital. När du gör vanliga nanopartiklar, forskarna såg en liten del med sexkantiga armar växa ut ur de kubiska ytorna. De försökte förstå kontrollerna.

Wiesner och hans forskargrupp rapporterar sina resultat i Vetenskap som "Multicompartment Mesoporous Silica Nanoptics with Branched Shapes:An Epitaxial Growth Mechanism." De andra forskarna inkluderar förstaförfattarna Teeraporn Suteewong, FRÖKEN. '09, Ph.D. '10, och doktorand Hiroaki Sai; doktorand Robert Hovden; David Muller, professor i tillämpad och teknisk fysik; Sol M. Gruner, professor i fysik; och Michelle Bradbury, M.D., Memorial Sloan-Kettering Cancer Center.

Starten för processen är en blandning av organosilaner, komplexa molekyler byggda kring kol- och kiselatomer. Organosilaner är ytaktiva ämnen, besläktad med tvål, vilket betyder att ena änden av molekylen gillar att komma nära vatten, medan den andra änden försöker hålla sig borta. Så i vatten trycks molekylerna ihop och länkar ihop, precis som tvålmolekyler länkar samman för att bilda huden av en såpbubbla. Här sätter de ihop ett tredimensionellt gitter som växer till partiklar på ett par hundra nanometer i diameter, fylld med porer en eller två nanometer stora som skulle kunna fyllas med annat material. (En nanometer är en miljarddels meter, ungefär längden på tre atomer i rad.) Formen på porerna beror, bland annat, på pH, eller surhet, av lösningen.

Forskarna lade till etylacetat, en kemikalie som bryts ner i vatten, i processen gör lösningen surare. Först bildar organisilanes ett gitter av små kuber som går samman i något kubiska partiklar, med rundade hörn. När surheten ökar blir gallret sexkantigt, bygga en grov cylinder, och hexagonbaserade cylindrar börjar växa ut ur kubernas ytor. Antalet cylindrar och deras längd kan styras av tidpunkten för processen och koncentrationen av etylacetat.

"Tidigare arbete handlade om hur man kontrollerar porstrukturen, ", sa Wiesner. "Här använder vi porstrukturen för att kontrollera formen."

Som en ledtråd för framtiden, forskarna kunde ansluta två eller tre kuber med cylindriska broar mellan dem, kanske början på ett nanoskala nätverk av kuber och rör. "Vi har lärt oss att byta tillväxtförhållanden. Om vi ​​kan byta tillbaka kanske vi kan odla alla typer av läckra arkitekturer, sa Wiesner.