I ricercatori stanno cominciando a capire il comportamento delle cosiddette particelle "attive", quale, se può essere controllato, ha potenziali implicazioni per i sistemi di somministrazione di farmaci ingegnerizzati e la stampa 3D intelligente, secondo un gruppo di ricerca interdisciplinare della Penn State.

Guidato da Igor Aronson, Dorothy Foehr Huck e J. Lloyd Huck Professore cattedra di ingegneria biomedica, Chimica e Matematica, i ricercatori hanno pubblicato le loro nuove scoperte sulle particelle attive il 16 novembre in Sistemi intelligenti avanzati .

Tipicamente, le particelle, che possono essere biologiche ma, in questo caso, sono nanobarre cilindriche di platino-oro, più piccolo di un globulo rosso della metà:flusso di fluido attraverso un microcanale in un ugello conico. Una volta lì raccolti, possono essere utilizzati nella produzione additiva per stampare oggetti in 3D o per fornire terapie direttamente alle cellule.

Quando le particelle possono consumare energia dall'ambiente e diventare attive, però, il loro comportamento cambia, secondo Leonardo Dominguez Rubio, primo autore dell'articolo e dottorando nel laboratorio di Aronson.

I ricercatori hanno dosato le nanobarre con perossido di idrogeno, creando energia le nanobarre possono sfruttare e convertire in movimento meccanico.

"Queste particelle nuotano, " Dominguez Rubio ha detto. "Si autospingono. Questo li rende intelligenti. Se possiamo controllare la loro posizione e il loro orientamento, possiamo sfruttare le loro proprietà."

Secondo Dominguez Rubio, se tutte le particelle sono allineate in un materiale, quindi le proprietà meccaniche del materiale potrebbero esibire una caratteristica in una direzione e un'altra in una direzione diversa. Il problema è capire come controllare l'allineamento.

"C'è una ricerca significativa sul trasporto di particelle passive di varie forme, " ha detto Aronson. "Negli ultimi cento anni, la comunità scientifica ha sviluppato una buona comprensione di come ciò avvenga. Possiamo manipolare in modo affidabile le particelle passive. Particelle attive, tuttavia, le particelle che nuotano mostrano un comportamento completamente diverso che abbiamo appena iniziato a esplorare".

In contrasto con le particelle passive che galleggiano verso l'ugello conico, rimanendo paralleli al fondo del contenitore e abbastanza uniformemente distanziati in tutta la soluzione, le particelle attive del nuoto si sollevano in posizione verticale e si inclinano contro il flusso. Si ammassano anche lungo le pareti del contenitore e all'ingresso dell'ugello.

"I parametri di flusso sono diversi, " Dominguez Rubio ha detto. "Dobbiamo capirli per quantificare e sviluppare un modello per questo comportamento".

Dominguez Rubio ha spiegato che una volta che i ricercatori possono comprendere e manipolare i parametri di flusso, possono iniziare ad applicarli. Proprio adesso, però, Egli ha detto, il problema è come tentare di somministrare un farmaco a un paziente. Il medico vuole che il farmaco entri nel paziente, ma il farmaco nuota attivamente lontano dall'essere iniettato.

"In questa ricerca, abbiamo scoperto che il meccanismo di motilità e autorganizzazione è molto più complesso di quanto immaginassimo all'inizio, " ha detto Aronson.

I ricercatori continueranno a sviluppare un modello per prevedere il comportamento delle particelle, oltre a sperimentare come la forma dell'ugello influenza il movimento delle particelle attive attraverso di esso.