Ce qu'un étudiant de l'Université de Floride centrale pensait être une expérience ratée a conduit à une découverte fortuite saluée par certains scientifiques comme un changement potentiel pour la production de masse de nanoparticules.

Soroush Shabahang, un étudiant diplômé du CREOL (The College of Optics &Photonics), a fait la découverte qui pourrait finalement changer la façon dont les produits pharmaceutiques sont produits et livrés.

La découverte était basée sur l'utilisation de la chaleur pour rompre longtemps, fibres fines en minuscules, graines de taille proportionnelle, qui ont la capacité de maintenir plusieurs types de matériaux verrouillés en place. L'oeuvre, publié dans le numéro du 18 juillet de La nature , ouvre la porte à un monde d'applications.

Craig Arnold, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l'Université de Princeton et expert en interactions laser-matériau qui n'a pas travaillé sur le projet, dit que personne d'autre sur le terrain n'a été en mesure d'accomplir cet exploit.

Avec une nouvelle méthode non chimique de création de particules identiques de toute taille en grandes quantités, "les applications possibles sont à votre imagination, ", a déclaré Arnold.

La perspective la plus immédiate est la création de particules capables de délivrer des médicaments qui pourraient, par exemple, combiner différents agents pour combattre une tumeur. Ou il pourrait combiner un composant à libération prolongée avec des médicaments qui ne s'activeront qu'une fois qu'ils auront atteint leur cible - les cellules infectées.

"Avec cette approche, vous pouvez créer une structure très sophistiquée sans plus d'effort que de créer la plus simple des structures, " dit Ayman Abouraddy, professeur assistant au CREOL et mentor et conseiller de Shabahang. Abouraddy a fait sa carrière, d'abord au Massachusetts Institute of Technology et maintenant à l'UCF, étudier la fabrication de fibres multimatériaux.

La technique repose sur la chaleur pour briser les fibres fondues en gouttelettes sphériques. Imaginez l'eau qui s'égoutte d'un robinet. Les fibres de verre sont peut-être mieux connues sous le nom de câbles cylindriques qui transmettent des informations numériques sur de longues distances. Pour l'année, les scientifiques ont cherché des moyens d'améliorer la pureté des fibres de verre pour permettre une utilisation plus rapide, transmission sans perturbation des ondes lumineuses.

Shabahang et son collègue Joshua Kaufman travaillaient sur un tel projet, chauffer et étirer la fibre de verre sur une machine à effiler maison. Shabahang a remarqué qu'au lieu du résultat souhaité de rendre le centre du câble plus mince, le matériau s'est en fait séparé en plusieurs sphères miniatures.

"C'était un peu un échec pour moi, " a déclaré Shabahang.

Cependant, quand Abouraddy apprit ce qui s'était passé, il sut tout de suite que cette « erreur » était une percée majeure.

Au MIT, Abouraddy et son mentor, Yoel Fink, professeur de science des matériaux et actuel directeur du Laboratoire de recherche en électronique du MIT, ont dit qu'un théoricien leur avait dit que la fibre optique fondue devrait s'aligner sur un processus connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh, ce qui explique ce qui fait qu'un flux de fluide tombant se brise en gouttelettes.

À l'époque, le groupe MIT s'est concentré sur la production de fibres contenant plusieurs matériaux. L'équipe a produit des fibres en chauffant un modèle réduit appelé « préforme » et en l'étirant de la même manière que la tire est fabriquée. Le processus est connu sous le nom d'étirage thermique.

L'expérience de Shabahang montre qu'en chauffant puis en refroidissant des fibres multimatériaux, le théorique est devenu réalité. Des particules uniformes qui ressemblent à des gouttelettes sont produites. De plus, Shabahang a démontré qu'une fois les sphères formées, des matériaux supplémentaires peuvent être ajoutés et verrouillés en place comme des blocs de construction LEGO, résultant en des particules avec des structures internes sophistiquées.

Particulièrement significative est la création de particules "ballon de plage" constituées de deux matériaux différents mélangés ensemble de manière alternée, semblable aux rayures sur un ballon de plage.

Kaufman, Shabahang et Abouraddy ont contribué à la La nature article en plus de Guangming Tao de CREOL, UCF ; Esmaeil-Hooman Banaei du Département de génie électrique et informatique, UCF ; Daosheng S. Deng, Département de génie chimique, MIT ; Xiangdong Liang, Département de mathématiques, MIT ; Steven G. Johnson, Département de mathématiques, MIT ; et Yoel Fink du MIT.