Inspirerad av proteiner som kan känna igen farliga mikrober och skräp, sedan uppsluka sådant material för att bli av med det, polymerforskare under ledning av Todd Emrick vid University of Massachusetts Amherst har utvecklat nya polymerstabiliserade droppbärare som kan identifiera och kapsla in nanopartiklar för transport i en cell, en sorts "upphämtning och avlämning"-tjänst som representerar den första framgångsrika översättningen av denna biologiska process i materialsammanhang.

Som Emrick förklarar, "Dessa bärare fungerar som taxibilar för nanopartiklar. De hittar partiklar på en yta, känna igen deras sammansättning, plocka upp dem och släpp dem senare på en annan yta. Verket är inspirerat av det mycket sofistikerade biologiska/biokemiska maskineriet som fungerar in vivo, finns till exempel i fallet med osteoklaster och osteoblaster som arbetar för att balansera bentäthet genom avsättning och utarmning av material. Vi replikerade detta med mycket enklare komponenter:olja, vatten och polyolefiner." Detaljer finns nu online i Vetenskapens framsteg .

Han och kollegor tror att deras är den första demonstrationen av transport eller flytt av nanopartiklar från yta till yta, och föreslår att "att utveckla dessa metoder skulle vara exceptionellt användbar som en icke-invasiv teknik för att överföra nanopartikelegenskaper (kemiska, optisk, magnetiska eller elektroniska) från ett material till ett annat."

Processen är annorlunda än konventionell rengöring, och processer för inkapsling och frisättning av nanopartiklar "representerar en potentiell väg till effektiv materialtransport och/eller återvinningsprocesser, " lägger de till.

Författarna säger att "att designa material som efterliknar biologins komplexa funktion har lovat att översätta effektiviteten och specificiteten hos cellulära processer till enkla, smarta syntetiska system." Framtida tillämpningar kan inkludera att främja cellvidhäftning, som är nödvändigt för att upprätthålla flercellsstrukturer, och läkemedelstillförsel, till exempel.

Emrick säger att han och hans UMass Amherst-medförfattare inklusive Richard Bai, George Chang och Al Crosby försökte anpassa sådana biologiskt inspirerade framsteg inom två områden:polymerstabiliserade emulsionsdroppar som plockar upp nanopartiklar genom att svälja in dem i droppens vätska, och droppar som kan avsätta nanopartiklar på skadade områden av substrat för reparationsfunktioner.

Deras experimentella system använde hydroxiapatit, en kalciumfosfatrik struktur som liknar benets huvudsakliga sammansättning. De bedömde upptagningseffektiviteten under flera experimentella förhållanden och försökte fastställa mångsidigheten hos nanopartikelupptagning med hjälp av en mängd olika oorganiska och plastiska substrat. Forskarna fann att upptagningen var dålig från vissa ytor, föreslår att "substratsammansättning kan utnyttjas för att justera den relativa omfattningen av nanopartikelupptagning."

Emrick påpekar att projektet, stöds av U.S. Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences, återspeglar också en "atomeffektiv" metod för materialrengöring och reparation. På grund av dess inneboende enkelhet och bevarande av material, Atomeffektivitet är ett viktigt begrepp i den "gröna kemi"-metoden för att producera produkter.