Carnegie Mellon Universitys professor i maskinteknik och kemiteknik Shelley Anna fick nyligen ett anslag från National Science Foundation för ett projekt som kommer att utforska sätt att optimera kapslar, mikrometerstora vätskedroppar eller bubblor täckta av ett elastiskt skal av nanometerstora partiklar, för ett brett utbud av terapeutiska och kommersiella tillämpningar.

Kapslar är kända för sina unika mekaniska egenskaper. De kan kontrollera frisättningen av specifika ämnen, vilket gör dem särskilt användbara i en mängd olika produkter, såsom läkemedelstillförselformuleringar, avloppsrening, kosmetika, färger och bläck.

Droppen har ett starkt styvt skal, består av molekyler och nanopartiklar som adsorberas på deras yttre yta. Projektet, med titeln "Syntes och dynamik hos elastiska kapslar med kontrollerad gränsyta elasticitet, " kommer att utforska hur dessa nanopartiklar rör sig, interagera med varandra och eventuellt aggregeras på ytan av kapseln. Genom att studera beteendet hos dessa nanopartiklar, Anna ska undersöka hur dessa förändringar påverkar kapselns elasticitet och om kapseln kan behålla sin form.

"Ett mål med vårt projekt är att titta på sambandet mellan ytegenskaperna och arrangemanget av nanopartiklarna på kapselytan, såväl som med kapselns elasticitet och deformerbarhet som helhet, säger Anna. Genom att förstå detta, vi kan utforska hur man gör den starkaste, den mest stabila typen av kapsel."

För att studera kapslarnas elasticitet, Anna kommer att använda en enhet som utvecklats i hennes labb som kallas en mikrotensiometer. Instrumentet låter gruppen mäta gränsytspänningen och gränsytelasticiteten hos kapseln och korrelera den med hur nanopartiklarna har samlats på ytan av kapseln.

Eftersom kapslar används i många olika typer av produkter, resultaten av detta projekt kommer att göra det möjligt för forskare och ingenjörer inom ett antal områden att optimera kapselformuleringar i sitt arbete. "Genom detta projekt hoppas vi kunna skapa en teknik som sedan kan användas i vissa omfattande tillämpningar, säger Anna.

Som en mycket samarbetsvillig och tvärvetenskaplig grupp, Anna och hennes team planerar att maximera tillämpningarna av detta projekt genom att dela sina resultat på innovativa sätt. Gruppen kommer att hålla sina industriella samarbetspartners uppdaterade om resultaten genom regelbundna workshops och korta kurser på Carnegie Mellon. Anna planerar också att använda resultaten av projektet för att utveckla utbildningsmoduler för grund- och gymnasium, grund- och doktorander.