Placera två stora, robusta stockar i en bäck, och de kommer att hjälpa till att styra vattnet i en viss riktning. Men tänk om vattnet började efterlikna stockarnas styvhet förutom att det rinner längs dem. Det är i huvudsak vad som händer i en riktad monteringsmetod utvecklad av Marilyn Minus, en biträdande professor vid Northeasterns institution för maskin- och industriteknik.

Istället för stockar, Minus använder små kolnanorör och hennes "vatten" kan vara precis vilken typ av polymerlösning som helst. Än så länge, hon har använt metoden för att utveckla ett polymerkompositmaterial som är starkare än Kevlar men ändå mycket billigare och lättare. Isåfall, polymeren följer inte bara riktningen för nanorörsstockarna utan efterliknar också deras unikt starka egenskaper.

Med finansiering från ett nytt CAREER -pris från National Science Foundation, Minus utökar nu detta arbete till att inkludera fler polymerklasser:flamskyddande material och biologiska molekyler.

"Med flamskyddsmedlen, vi vill att högtemperaturpolymeren och nanoröret ska interagera, inte nödvändigtvis agera som nanorören, " sa Minus. I huvudsak, hon vill att de två materialen ska "kommunicera" genom att skicka värme mellan varandra, därigenom ökar temperaturtröskeln för flamskyddsmedlen och låter dem hålla ännu längre. "Nanomaterialet kan ta tag i den värmen och leda bort den, och det räddar i princip den polymeren från att brinna upp för snabbt, " förklarade hon. "Polymeren vi använder klarar redan ganska höga temperaturer; vi driver det bara ännu längre."

När det gäller kollagen – den första biologiska molekylen som Minus har tillämpat sin metod på – hoppas Minus att metoden kommer att tillåta nanorören att ge systemet sin styvhet. Inuti kroppen, kollagenmolekyler organiserar sig i en komplex matris som stödjer strukturen hos var och en av våra celler. Men utanför kroppen, forskare har haft stora utmaningar för att försöka återskapa denna matris på ett tillförlitligt sätt.

Om forskare kunde få kollagen att fungera utanför kroppen på samma sätt som det gör inuti, det skulle kunna ge en ovärderlig plattform för att testa droger, förstå hur vävnader fungerar, och till och med kasta ljus över ursprunget till en mängd olika sjukdomar, Minus sa.

Baserat på hennes tidigare forskning, hon har funnit att nyckeln till framgång med detta tillvägagångssätt är att matcha storleken och geometrin på de kolnanopartiklar hon använder med den för polymeren i fråga. Till exempel, kollagenmolekyler är cirka 300 nanometer långa och 1,5 nanometer i diameter, så hon vill hitta ett nanorör som ungefär uppfyller dessa dimensioner. Hon kommer också att vilja använda nanorör för denna applikation snarare än de andra kolformerna hon har till sitt förfogande:grafen, grafit, fullerener, eller till och med små nanokolpartiklar – som var och en har en unik struktur.

"Vi försöker ändra entropin i systemet för att få polymererna att organisera sig runt nanomaterialen, sa Minus. "Då borde du kunna få den här effekten."