Växt som en snöflinga och vässad med en symaskin, en ny apparat av forskare från Kansas State University kan gynna biomedicinska yrkesverksamma och patienterna de servar under elektrod- och organtransplantationsprocedurer.

Enheten använder guld nanotrådar och utvecklades av Bret Flanders, docent i fysik, och Govind Paneru, före detta forskarassistent i fysik, att manipulera och känna av egenskaper hos enskilda celler i medicinska procedurer. Guld nanotrådarna är 1, 000 gånger mindre än ett människohår.

"Konventionella kirurgiska verktyg, inklusive elektroder som är implanterade i människors vävnad, är ogynnsamt stora på cellnivå, "Flandern sa. "Att arbeta på den individuella cellulära nivån är av ökande betydelse inom områden som neurokirurgi. Potentiellt, denna eleganta enhet, gjorda av guld nanotrådar, kunde komma nära och göra jobbet."

Flandern sa att storleken på nanotrådarna är det som gör deras enhet så unik.

Varje tråd är mindre än 100 nanometer i diameter. Celler i hud och hår är cirka 10-20 mikrometer i diameter, medan röda blodkroppar mäter cirka 7 mikrometer. Eftersom tråden är så liten, den kan genomborra en biologisk cell för att stimulera cellmembranet och undersöka dess inre.

Nanotrådarna är elektrokemiskt odlade, vilket innebär att de inte växer genom att en befintlig tråd förlängs eller förstoras, utan snarare genom att samla partiklar från lösning till en ny tråd.

I kraftigt zoomade videofilmer verkar nanotråden växa ut ur den mikrometertjocka elektroden. Faktiskt, nanotråden bildas på samma sätt som hur en snöflinga sätts ihop på himlen när vattenångmolekyler i luften kondenserar på ytan av pollen eller damm och växer ojämnt tills de blir en igenkännbar snöflinga.

"Vi börjar med en vass mikroelektrod på ett mikroskopsteg, " sa Flandern. "Liknande med snöflingor, guldatomerna kondenserar på dess vassa spets. Som vattnet kondenserar på snöflingans frö, den gyllene lösningen kondenserar på guldfröet, ' eller mikroelektroden."

Forskarna utvecklade vassa elektroder med ett okonventionellt verktyg som inte finns i många laboratorier:en symaskin.

"Det är som att lägga tråden i en pennvässare, där du vrider på veven för att skärpa den, förutom att vi inte gör det mekaniskt med en pennvässare - vi gör det med en vanlig saltlösning och en symaskin, " sa Flandern. "Detta visade sig vara det tillvägagångssätt som fungerade bäst, och symaskinen kostade bara $10 hos Frälsningsarmén."

Symaskinen svänger mikroelektroden upp och ner i en bägare med kaliumkloridlösning. Applicering av en spänning löser spetsen på mikroelektroden.

"Processen skärper elektroden eftersom spetsen är i lösningen längre än någon annan punkt, " sa Flandern. "Om vi ​​inte svängde tråden, hela tråden skulle lösas upp. Istället, doppa spetsen in och ut gör att spetsen löses upp mest, och därigenom skärpa den."

Den vässade elektroden låter nanotråden växa. Forskarna demonterar sedan nanotråden från elektroden och skickar den till medarbetare över hela landet, inklusive ett nanotillverkningsföretag som kan införliva uppfinningen i en redan existerande enhet för att förse den med större kraft.

Forskningen publicerades nyligen i tidskrifterna Bokstäver i tillämpad fysik och Nanoteknik , och har presenterats vid möten i Materials Research Society och American Physical Society.