(Phys.org) —Forskare från North Carolina State University har utvecklat en metod för att skapa "nano-vulkaner" genom att lysa olika färger av ljus genom en nanoskala "kristallkula" gjord av en syntetisk polymer. Dessa nanovulkaner kan lagra exakta mängder andra material och lovar nya tekniker för läkemedelsleverans.

Forskarna skapar nanovulkanerna genom att placera sfäriska, transparenta polymernanopartiklar direkt på den tunna filmens plana yta. De lyser sedan ultraviolett ljus genom den genomskinliga sfären, som sprider ljuset och skapar ett mönster på den tunna filmen. Den tunna filmen är gjord av ett fotoreaktivt material som genomgår en kemisk förändring varhelst den har träffats av ljuset. Forskarna sänker sedan ner den tunna filmen i en flytande lösning som tvättar bort de delar av filmen som utsatts för ljus. Materialet som blir kvar är format som en vulkan i nanoskala.

"Vi kan kontrollera ljusmönstret genom att ändra diametern på nanopartikelsfärerna, eller genom att ändra våglängden – eller färgen – på ljuset som vi lyser genom sfärerna, säger Xu Zhang, en doktorand i maskin- och rymdteknik vid NC State och huvudförfattare till en artikel som beskriver arbetet. "Det betyder att vi kan kontrollera formen och geometrin på dessa strukturer, till exempel hur stor håligheten i nanovulkanen kommer att vara."

Forskarna utvecklade en mycket exakt datormodell som förutsäger nano-vulkanernas form och dimensioner baserat på nanoskala sfärens diameter och ljusets våglängd.

Eftersom dessa strukturer har exakt uppmätta ihåliga kärnor, och exakt uppmätta öppningar vid "mynningen" av nanovulkanerna, de är goda kandidater för läkemedelsleveransmekanismer. Kärnans storlek skulle göra det möjligt för användare att kontrollera mängden läkemedel som en nano-vulkan skulle lagra, medan storleken på öppningen i toppen av nanovulkanen kunde användas för att reglera läkemedlets frisättning.

"Materialen som används i denna process är relativt billiga, och processen kan enkelt skalas upp, " säger Dr Chih-Hao Chang, en biträdande professor i maskin- och rymdteknik vid NC State och medförfattare till tidningen. "Dessutom, vi kan producera nanovulkanerna i en enhetligt mönstrad uppsättning, vilket också kan vara användbart för att kontrollera läkemedelstillförseln."

Changs team arbetar nu för att förbättra sin förståelse för utsläppshastigheten från nanovulkanerna, som hur snabbt nanopartiklar av olika storlekar kommer att "rymma" från nanovulkaner med olika stora munnar. "Det är viktig information för läkemedelsleveransapplikationer, säger Chang.

"Det är spännande att ta vår förståelse för hur ljus sprids av partiklar och tillämpa det på nanolitografi för att komma på något som faktiskt kan hjälpa människor."