Ключът към масово производство на наночастици

60nm_gold_nanoparticles_SEM-Credit-cytodiagnosics.jpg
nanoparticles.jpg
100nm_gold_nanoparticles_SEM.jpg
droplet-formation-credit-Carson T Riche et al Nature Communications.jpg

Наночастиците – 100 000 пъти по-малки от ширината на един косъм, могат да бъдат намерени във всичко – от формули за доставка на лекарства до определен орган или тъкан, през контролери на замърсяването в автомобилите, до HD телевизорите. Поради специалните им свойства, които се дължат на малкия им размер и голяма повърхност, те са от решаващо значение за индустрията и научните изследвания, но са скъпи и трудни за произвеждане.

Изследователи от Университета на Южна Калифорния са създали нов начин за производство на наночастици, който позволява преход от мъчителния процес в лабораторията към мащабна, автоматизирана поточна линия. Методът е разработен от екип, ръководен от Ноа Малмщад и Ричард Бръчи и е публикуван в Nature Communications на 23 февруари.

Помислете, например, за златните наночастици. Доказано е, че те лесно проникват през клетъчните мембрани, без да причиняват щети – необичайно явление, имайки предвид, че обикновено проникването на чужди обекти през клетъчните мембрани поврежда или убива клетката. Способността им да се вмъкват през мембраната на клетката прави златните наночастици идеални приспособления за доставка на лекарства до здрави клетки или високи дози радиоактивни вещества до раковите.

Само един милиграм златни наночастици в момента струва около 80 долара (в зависимост от размера на частиците). Така, цената им е 80 000 долара за грам, докато един грам чисто злато струва около 50 долара.

Стандартният процес на производство на наночастици включва един лаборант в химична лаборатория, който на ръка смесва голямо разнообразие от химикали в традиционните лабораторни колби и стъкленици. Вместо това, новата техника на Бръчи и Малмщад разчита на микрофлуидиката – технология, която включва придвижване на миниатюрни капчици течност в тесни канали. 


РЕКЛАМА:

***

Екипът изработил тръбички с диаметър около 250 микрона, чрез 3D принтиране. Те смятат, че това са най-малките, напълно затворени 3D принтирани тръбички в света. За справка, средноголяма прашинка е широка около 50 микрона.

 Наночастиците се формират в 3D-принтирани микрофлуидни канали. Всяка капчица, показана на снимката, има диаметър около 250 микрона и съдържа милиарди платинени наночастици.

Credit: Courtesy of Richard Brutchey and Noah Malmstadt/USC

 

След това те изградили мрежа от четири паралелна тръбички и провели през тях комбинация от две несмесващи се течности (като масло и вода). Образуват се малки капчици, докато двете течности се борят да излязат през отворите. Всяка една от тези капчици действа като химически реактор с микроскопичен размер, в който материалите се смесват и се формират наночастици. Една микрофлуидна тръбичка може да създаде милиони идентични капчици, които изпълняват една и съща реакция.

Този вид система е бил обмислян и в миналото, но учените не са били в състояние да я създадат, тъй като, ако една тръбичка в паралелната структура се задръсти, това ще доведе до вълна от променящи се налягания в съседните и в крайна сметка цялата система ще се повреди. 

Бръчи и Малмщад са преодолели този проблем чрез промяна на геометрията на тръбичките, оформяйки връзката между тях така, че частиците да излизат с еднакъв размер и системата да не е чувствителна на промени в налягането.

Превод:  Росица Ташкова

Източник: https://www.sciencedaily.com/


Европейска нощ на учените 2022 г.: