Os pesquisadores estão começando a entender o comportamento das chamadas partículas "ativas", que, se pode ser controlado, tem implicações potenciais para sistemas de entrega de medicamentos projetados e impressão 3-D inteligente, de acordo com uma equipe de pesquisa interdisciplinar da Penn State.

Liderado por Igor Aronson, Dorothy Foehr Huck e J. Lloyd Huck Chair Professora de Engenharia Biomédica, Química e Matemática, os pesquisadores publicaram suas novas descobertas sobre partículas ativas em 16 de novembro em Sistemas Inteligentes Avançados .

Tipicamente, as partículas - que podem ser biológicas, mas, nesse caso, são nanobastões cilíndricos de platina-ouro, menor do que um glóbulo vermelho pela metade - flua o fluido através de um microcanal para um bico cônico. Uma vez coletado lá, eles podem ser usados ​​na fabricação aditiva de objetos impressos em 3D ou para fornecer produtos terapêuticos diretamente às células.

Quando as partículas podem consumir energia do ambiente e se tornarem ativas, Contudo, seu comportamento muda, de acordo com Leonardo Dominguez Rubio, primeiro autor no artigo e aluno de doutorado no laboratório de Aronson.

Os pesquisadores dosaram os nanobastões com peróxido de hidrogênio, criando energia que os nanobastões podem aproveitar e converter em movimento mecânico.

"Essas partículas nadam, "Dominguez Rubio disse." Eles se autopropulsionam. Isso os torna inteligentes. Se pudermos controlar sua posição e orientação, podemos explorar suas propriedades. "

De acordo com Dominguez Rubio, se todas as partículas estão alinhadas em um material, então, as propriedades mecânicas do material podem exibir uma característica em uma direção e outra em uma direção diferente. A questão é entender como controlar o alinhamento.

"Há pesquisas significativas sobre o transporte de partículas passivas de várias formas, "Aronson disse." Nos últimos cem anos, a comunidade científica desenvolveu um bom entendimento de como isso acontece. Podemos manipular partículas passivas de maneira confiável. Partículas ativas, no entanto, as partículas nadadoras exibem um comportamento completamente diferente que acabamos de começar a explorar. "

Em contraste com as partículas passivas que flutuam para o bico cônico, permanecendo paralelo ao fundo do recipiente e um tanto espaçado uniformemente em toda a solução, as partículas ativas de natação estouram na vertical e se inclinam contra o fluxo. Eles também se aglomeram ao longo das paredes do recipiente e na entrada do bico.

"Os parâmetros de fluxo são diferentes, Dominguez Rubio disse. "Precisamos entendê-los para quantificar e desenvolver um modelo para esse comportamento."

Dominguez Rubio explicou que uma vez que os pesquisadores podem entender e manipular os parâmetros de fluxo, eles podem começar a aplicá-los. Agora mesmo, Contudo, ele disse, o problema é como tentar administrar um medicamento a um paciente. O médico quer que a droga vá para o paciente, mas a droga ativamente foge de ser injetada.

"Nesta pesquisa, descobrimos que o mecanismo de motilidade e auto-organização é muito mais complexo do que imaginávamos no início, "Disse Aronson.

Os pesquisadores continuarão a desenvolver um modelo para prever o comportamento das partículas, bem como experimentar como a forma do bico afeta o movimento da partícula ativa através dele.