Nanoparticelle - minuscole particelle 100, 000 volte più piccolo della larghezza di una ciocca di capelli - può essere trovato in qualsiasi cosa, dalle formulazioni per la somministrazione di farmaci ai controlli dell'inquinamento sulle auto ai televisori HD. Con proprietà speciali derivate dalle loro dimensioni ridotte e dalla conseguente maggiore superficie, sono fondamentali per l'industria e la ricerca scientifica.

Sono anche costosi e difficili da realizzare.

Ora, i ricercatori dell'USC hanno creato un nuovo modo di produrre nanoparticelle che trasformeranno il processo da meticoloso, lotto per lotto faticoso in una grande scala, catena di montaggio automatizzata.

Il metodo, sviluppato da un team guidato da Noah Malmstadt della USC Viterbi School of Engineering e Richard Brutchey dell'USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze, è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 23 febbraio.

Tener conto di, Per esempio, nanoparticelle d'oro. È stato dimostrato che sono in grado di penetrare facilmente nelle membrane cellulari senza causare alcun danno - un'impresa insolita, dato che la maggior parte delle penetrazioni delle membrane cellulari da parte di corpi estranei può danneggiare o uccidere la cellula. La loro capacità di scivolare attraverso la membrana cellulare rende le nanoparticelle d'oro dispositivi di somministrazione ideali per i farmaci alle cellule sane, o dosi fatali di radiazioni alle cellule tumorali.

Però, un singolo milligrammo di nanoparticelle d'oro costa attualmente circa 80 dollari (a seconda delle dimensioni delle nanoparticelle). Ciò pone il prezzo delle nanoparticelle d'oro a $ 80, 000 per grammo - mentre un grammo di puro, l'oro grezzo costa circa $50.

"Non è l'oro che lo rende costoso, " Malmstadt ha detto. "Possiamo farli, ma non è che possiamo farne a buon mercato un barile da 50 galloni pieno di loro."

Proprio adesso, il processo di produzione di una nanoparticella in genere coinvolge un tecnico in un laboratorio di chimica che mescola a mano un lotto di sostanze chimiche in fiasche e bicchieri da laboratorio tradizionali.

La nuova tecnica di Brutchey e Malmstadt si basa invece sulla microfluidica, una tecnologia che manipola minuscole goccioline di fluido in canali stretti.

"Per andare su larga scala, dobbiamo andare piccoli, " disse Brutchey. Davvero piccolo.

Il team ha stampato in 3D tubi di circa 250 micrometri di diametro, che ritengono essere i più piccoli, tubi stampati in 3D completamente chiusi ovunque. Per riferimento, il tuo granello di polvere di dimensioni medie è largo 50 micrometri.

Hanno quindi costruito una rete parallela di quattro di questi tubi, fianco a fianco, e ha fatto scorrere una combinazione di due fluidi non miscelanti (come olio e acqua) attraverso di essi. Mentre i due fluidi lottavano per uscire attraverso le aperture, spremevano goccioline minuscole. Ognuna di queste goccioline ha agito come un reattore chimico su microscala in cui i materiali sono stati miscelati e sono state generate nanoparticelle. Ogni tubo microfluidico può creare milioni di goccioline identiche che eseguono la stessa reazione.

Questo tipo di sistema è stato immaginato in passato, ma non è stato possibile ingrandirlo perché la struttura parallela significava che se un tubo si inceppava, causerebbe un effetto a catena delle pressioni mutevoli lungo i suoi vicini, mettendo fuori gioco l'intero sistema. Pensalo come perdere una singola luce di Natale in uno dei fili vecchio stile:perderne uno, e li perdi tutti.

Brutchey e Malmstadt hanno aggirato questo problema alterando la geometria dei tubi stessi, modellare la giunzione tra i tubi in modo tale che le particelle escano di dimensioni uniformi e il sistema sia immune alle variazioni di pressione.

Malmstadt e Brutchy hanno collaborato con Malancha Gupta dell'USC Viterbi e gli studenti laureati dell'USC Carson Riche ed Emily Roberts.