Nanopartiklar - små partiklar 100, 000 gånger mindre än bredden på ett hårstrå - kan hittas i allt från läkemedelstillförselformuleringar till föroreningskontroller på bilar till HD-TV-apparater. Med speciella egenskaper som härrör från deras lilla storlek och därefter ökade yta, de är avgörande för industrin och vetenskaplig forskning.

De är också dyra och svåra att göra.

Nu, forskare vid USC har skapat ett nytt sätt att tillverka nanopartiklar som kommer att förändra processen från en noggrann, batch-by-batch slit till en storskalig, automatiserat löpande band.

Metoden, utvecklat av ett team ledd av Noah Malmstadt från USC Viterbi School of Engineering och Richard Brutchey från USC Dornsife College of Letters, Konst och vetenskap, publicerades i Naturkommunikation den 23 feb.

Överväga, till exempel, guld nanopartiklar. De har visat sig lätt kunna penetrera cellmembran utan att orsaka några skador - en ovanlig bedrift, med tanke på att de flesta penetrationer av cellmembran av främmande föremål kan skada eller döda cellen. Deras förmåga att glida genom cellens membran gör guldnanopartiklar till idealiska leveransanordningar för mediciner till friska celler, eller dödliga doser av strålning till cancerceller.

Dock, ett enda milligram guldnanopartiklar kostar för närvarande cirka 80 dollar (beroende på storleken på nanopartiklarna). Det placerar priset på guldnanopartiklar till $80, 000 per gram - medan ett gram ren, råguld kostar cirka 50 dollar.

"Det är inte guldet som gör det dyrt, " Sa Malmstadt. "Vi kan göra dem, men det är inte så att vi billigt kan göra en 50 gallon fat full av dem."

Just nu, Processen att tillverka en nanopartikel innebär vanligtvis att en tekniker i ett kemilabb blandar ihop ett parti kemikalier för hand i traditionella labbkolvar och bägare.

Brutchey och Malmstadts nya teknik bygger istället på mikrofluidik – teknik som manipulerar små vätskedroppar i smala kanaler.

"För att bli storskalig, vi måste gå små, " sa Brutchey. Riktigt liten.

Teamet 3D-utskrivna rör cirka 250 mikrometer i diameter - som de tror är de minsta, helt slutna 3D-utskrivna rör var som helst. Som referens, din medelstora dammfläck är 50 mikrometer bred.

De byggde sedan ett parallellt nätverk av fyra av dessa rör, sida vid sida, och körde en kombination av två icke-blandande vätskor (som olja och vatten) genom dem. När de två vätskorna kämpade för att komma ut genom öppningarna, de klämde bort små droppar. Var och en av dessa droppar fungerade som en mikroskalig kemisk reaktor där material blandades och nanopartiklar genererades. Varje mikrofluidrör kan skapa miljontals identiska droppar som utför samma reaktion.

Den här typen av system har föreställts tidigare, men det har inte kunnat skalas upp eftersom den parallella strukturen innebar att om ett rör fastnade, det skulle orsaka en krusningseffekt av ändrade tryck längs sina grannar, slå ut hela systemet. Tänk på det som att tappa ett enda julljus i en av de gammaldags trådarna - tappa en, och du förlorar dem alla.

Brutchey och Malmstadt kringgick detta problem genom att ändra geometrin på själva rören, forma förbindelsen mellan rören så att partiklarna kommer ut med en enhetlig storlek och systemet är immunt mot tryckförändringar.

Malmstadt och Brutchy samarbetade med Malancha Gupta från USC Viterbi och USC-studenterna Carson Riche och Emily Roberts.