(PhysOrg.com) - Proprio come le ciglia che rivestono i polmoni aiutano a mantenere i passaggi liberi spostando le particelle lungo le punte delle minuscole strutture dei capelli, minuscole setole artificiali note come nano-spazzole possono aiutare a ridurre l'attrito lungo le superfici a livello molecolare, tra l'altro.

Nella loro ultima serie di esperimenti, Gli ingegneri della Duke University hanno sviluppato un nuovo approccio per sintetizzare questi nano-spazzole, che potrebbero migliorare la loro versatilità in futuro. Queste spazzole polimeriche sono attualmente utilizzate in sensori biologici e dispositivi microscopici, come microcantilever, e svolgeranno un ruolo importante nella futura spinta alla miniaturizzazione, hanno detto i ricercatori.

I nano-spazzole sono in genere costituiti da molecole polimeriche cresciute su superfici piane con filamenti delle molecole che crescono e fuoriescono da una superficie, proprio come i peli su una spazzola. I polimeri sono grandi molecole artificiali onnipresenti nella produzione di prodotti di uso quotidiano.

Come microscopici custodi di frutteti, gli scienziati della Duke hanno innestato fasci di "arti" polimerici su superfici piane note come substrati, già ricoperto di setole. Nel loro approccio, due spazzole dissimili possono essere unite e modellate sulla microscala. Poiché gli “arti” possono essere fatti di una sostanza diversa dal substrato, gli scienziati ritengono che queste nanostrutture siano in grado di modificare significativamente le proprietà di una data superficie.

Per realizzare un tale nano-pennello, gli scienziati aggiungono una sostanza chimica nota come iniziatore alla superficie piana, che stimola la crescita dei fili.

"Uno dei modi più comuni per coltivare i pennelli è molto simile a una stampante a matrice di punti, con un iniziatore che è l'inchiostro "stampato" su un substrato inorganico, come un wafer di silicio o una superficie d'oro, che poi fa sì che le setole del pennello crescano secondo schemi specifici, ” ha detto Stefan Zauscher, Alfred M. Hunt Faculty Scholar e professore associato di ingegneria meccanica e scienza dei materiali presso la Duke's Pratt School of Engineering.

“Nel nostro approccio di modellazione ora siamo anche in grado di avviare la crescita di spazzole polimeriche su substrati di spazzole esistenti e quindi ottenere spazzole di copolimero a blocchi modellate, proprio come gli innesti, su substrati polimerici, Ha detto Zauscher. "La capacità di creare strutture a spazzola più complesse offre la possibilità di utilizzarle in applicazioni biomediche come sensori per il rilevamento di proteine ​​o glucosio".

I risultati degli esperimenti del suo team sono stati pubblicati online sulla rivista Piccolo . La ricerca è sostenuta dalla National Science Foundation.

Zauscher ha affermato che questo nuovo approccio potrebbe essere facilmente esteso a molti altri tipi di polimeri, e per realizzare strati singoli o doppi di pennelli. Questi nano-spazzole, Egli ha detto, avrebbe molti potenziali usi, e aprirebbe la possibilità di costruire architetture polimeriche più complicate, che sono molto richiesti per le tecnologie attuali e future.

In recenti ricerche, pubblicato in precedenza sulla rivista Advanced Materials, Zauscher ha mostrato che le nano-spazzole sensibili agli stimoli assomigliano e si comportano come anemoni di mare, che hanno una moltitudine di braccia che si estendono da una base attaccata. Allo stesso modo di questi animali marini, i nano-spazzole possono essere utilizzati per catturare e rilasciare microparticelle mentre si muovono su una superficie.

“Queste microstrutture hanno un potenziale utilizzo nei sistemi microfluidici, come i lab-on-a-chip, per catturare e rilasciare particelle in posizioni predefinite, proprio come gli anemoni di mare catturano la loro preda e la guidano alla loro bocca, Ha detto Zauscher.

Altri membri della Duke della squadra sono Tao Chen e Debby Chang.