Les chercheurs commencent à comprendre le comportement des particules dites « actives », lequel, s'il peut être contrôlé, a des implications potentielles pour les systèmes d'administration de médicaments et l'impression 3D intelligente, selon une équipe de recherche interdisciplinaire de Penn State.

Dirigé par Igor Aronson, Dorothy Foehr Huck et J. Lloyd Huck Chaire Professeur de génie biomédical, Chimie et Mathématiques, les chercheurs ont publié leurs nouvelles découvertes sur les particules actives le 16 novembre dans Systèmes intelligents avancés .

Typiquement, les particules - qui peuvent être biologiques mais, dans ce cas, sont des nanotiges cylindriques en platine-or, plus petit qu'un globule rouge de moitié - s'écouler dans le liquide à travers un micro-canal dans une buse conique. Une fois collecté là-bas, ils peuvent être utilisés dans la fabrication additive pour imprimer des objets en 3D ou pour administrer des produits thérapeutiques directement aux cellules.

Lorsque les particules peuvent consommer de l'énergie de l'environnement et devenir actives, cependant, leur comportement change, selon Leonardo Dominguez Rubio, premier auteur de l'article et doctorant au laboratoire d'Aronson.

Les chercheurs ont dosé les nanotiges avec du peroxyde d'hydrogène, créant de l'énergie que les nanotiges peuvent exploiter et convertir en mouvement mécanique.

"Ces particules nagent, " Dominguez Rubio a déclaré. "Ils s'autopropulsent. Cela les rend intelligents. Si nous pouvons contrôler leur position et leur orientation, nous pouvons exploiter leurs propriétés.

Selon Dominguez Rubio, si toutes les particules sont alignées dans un matériau, alors les propriétés mécaniques du matériau pourraient présenter une caractéristique dans un sens et une autre dans un sens différent. Le problème est de comprendre comment contrôler l'alignement.

"Il y a des recherches importantes sur le transport de particules passives de formes diverses, " Aronson dit. " Au cours des cent dernières années, la communauté scientifique a développé une bonne compréhension de la façon dont cela se produit. Nous pouvons manipuler de manière fiable les particules passives. Particules actives, cependant, les particules nageuses présentent un comportement complètement différent que nous venons de commencer à explorer. »

Contrairement aux particules passives qui flottent vers la buse conique, restant parallèle au fond du récipient et espacé de manière assez régulière dans toute la solution, les particules de natation actives se redressent et s'inclinent à contre-courant. Ils s'agglutinent également le long des parois du conteneur et à l'entrée de la buse.

"Les paramètres de débit sont différents, " Dominguez Rubio a déclaré. "Nous devons les comprendre afin de quantifier et de développer un modèle pour ce comportement."

Dominguez Rubio a expliqué qu'une fois que les chercheurs peuvent comprendre et manipuler les paramètres d'écoulement, ils peuvent commencer à les appliquer. À l'heure actuelle, cependant, il a dit, le problème est comme tenter d'administrer un médicament à un patient. Le médecin veut que le médicament pénètre dans le patient, mais le médicament nage activement loin d'être injecté.

« Dans cette recherche, nous avons découvert que le mécanisme de motilité et d'auto-organisation est beaucoup plus complexe que nous l'avions imaginé au départ, " Aronson dit.

Les chercheurs continueront à développer un modèle pour prédire le comportement des particules, ainsi que d'expérimenter comment la forme de la buse affecte le mouvement des particules actives à travers elle.