I en design som efterliknar en svår att duplicera konsistens av sjöstjärnor, Ingenjörer från University of Michigan har gjort rundade kristaller som inte har några fasetter.

"Vi kallar dem nanolober. De ser ut som små luftballonger som stiger upp från ytan, "sa Olga Shalev, en doktorand i materialvetenskap och teknik som arbetade med projektet.

Både nanolobernas form och sättet att göra dem har lovande applikationer, säger forskarna. Geometrin kan potentiellt vara användbar för att styra ljus i avancerade lysdioder, solceller och icke -reflekterande ytor.

Ett lager kan hjälpa ett material att stöta bort vatten eller smuts. Och processen som används för att tillverka dem-utskrift av organiska ångstrålar-kan lämpa sig för läkemedel med 3D-utskrift som absorberar bättre i kroppen och möjliggör personlig dosering.

Formerna i nanoskala är gjorda av borsoftalocyaninklorid, ett material som ofta används i organiska solceller. Det är i en familj av små molekylära föreningar som tenderar att göra antingen platta filmer eller fasetterade kristaller med skarpa kanter, säger Max Shtein, UM docent i materialvetenskap och teknik, makromolekylär vetenskap och teknik, kemiteknik, och konst och design.

"Under mina år av att arbeta med den här typen av material, Jag har aldrig sett former som såg ut så här. De påminner om vad du får från biologiska processer, "Shtein sa." Naturen kan ibland producera kristaller som är släta, men ingenjörer har inte kunnat göra det på ett tillförlitligt sätt. "

Echinoderm havsdjur som spröda stjärnor har beordrat avrundade strukturer på sina kroppar som fungerar som linser för att samla ljus i deras rudimentära ögon. Men i ett labb, kristaller sammansatta av samma mineraler tenderar antingen att vara fasetterade med plana ytor och skarpa vinklar, eller slät, men saknar molekylär ordning.

UM-forskarna gjorde de krökta kristallerna av misstag för flera år sedan. De har sedan spårat sina steg och kommit på hur man gör det med avsikt.

År 2010, Shaurjo Biswas, sedan doktorand vid U-M, tillverkade solceller med den organiska ångstråleskrivaren. Han kalibrerade om maskinen efter att ha bytt mellan material. En del av omkalibreringsprocessen innebär att man tar en närmare titt på de färska materiallagren, av filmer, tryckt på en tallrik.

Biswas röntgade flera filmer med olika tjocklek för att observera kristallstrukturen. Han märkte att borsoftalocyaninkloriden, som vanligtvis inte bildar ordnade former, började göra det när filmen blev tjockare än 600 nanometer. Han gjorde några tjockare filmer för att se vad som skulle hända.

"I början, vi undrade om vår apparat fungerade korrekt, "Sa Shtein.

Vid 800 nanometers tjocklek, det upprepande nanolobmönstret dök upp varje gång.

En lång stund, klossarna var labbens nyfikenheter. Forskare fokuserade på andra saker. Då engagerade doktoranden Shalev sig. Hon fascinerades av strukturerna och ville förstå orsaken till fenomenet. Hon upprepade experimenten i en modifierad apparat som gav mer kontroll över förhållandena för att variera dem systematiskt.

Shalev samarbetade med fysikprofessorn Roy Clarke för att få en bättre förståelse för kristalliseringen, och professor i maskinteknik Wei Lu för att simulera ytans utveckling. Hon är första författare till ett papper om resultaten som publicerades i den aktuella upplagan av Naturkommunikation .

"Så vitt vi vet, ingen annan teknik kan göra detta, Sa Shalev.

Den organiska ångstråleutskriftsprocessen som forskarna använder är en teknik som Shtein hjälpte till att utveckla när han gick på forskarskolan. Han beskriver det som spraymålning, men med en gas snarare än med en vätska. Det är billigare och enklare att göra för vissa applikationer än konkurrerande tillvägagångssätt som involverar schabloner eller bara kan göras i ett vakuum, Säger Shtein. Han är särskilt hoppfull om möjligheterna för denna teknik att utveckla nya 3D-tryckta farmaceutiska koncept.

Till exempel, Shtein och Shalev tror att denna metod erbjuder ett exakt sätt att kontrollera storleken och formen på medicinpartiklarna, för enklare absorption i kroppen. Det kan också tillåta att läkemedel fästs direkt på andra material och det kräver inte lösningsmedel som kan införa föroreningar.