Nanoparticules - minuscules particules 100, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu - on le trouve dans tout, des formulations d'administration de médicaments aux contrôles de la pollution sur les voitures aux téléviseurs HD. Avec des propriétés spéciales dérivées de leur petite taille et de leur surface accrue par la suite, ils sont essentiels à l'industrie et à la recherche scientifique.

Ils sont également chers et difficiles à fabriquer.

Maintenant, des chercheurs de l'USC ont créé une nouvelle façon de fabriquer des nanoparticules qui transformeront le processus d'un processus laborieux, corvée lot par lot dans une grande échelle, chaîne de montage automatisée.

La méthode, développé par une équipe dirigée par Noah Malmstadt de l'USC Viterbi School of Engineering et Richard Brutchey de l'USC Dornsife College of Letters, Arts et Sciences, a été publié dans Communication Nature le 23 février.

Envisager, par exemple, nanoparticules d'or. Il a été démontré qu'ils sont capables de pénétrer facilement les membranes cellulaires sans causer de dommages - un exploit inhabituel, étant donné que la plupart des pénétrations des membranes cellulaires par des corps étrangers peuvent endommager ou tuer la cellule. Leur capacité à glisser à travers la membrane cellulaire fait des nanoparticules d'or des dispositifs d'administration idéaux pour les médicaments aux cellules saines, ou des doses mortelles de rayonnement aux cellules cancéreuses.

Cependant, un seul milligramme de nanoparticules d'or coûte actuellement environ 80 $ (selon la taille des nanoparticules). Cela place le prix des nanoparticules d'or à 80 $, 000 par gramme - tandis qu'un gramme de pur, l'or brut coûte environ 50 $.

"Ce n'est pas l'or qui le rend cher, " Malmstadt a dit. " Nous pouvons les faire, mais ce n'est pas comme si nous pouvions en fabriquer à bon marché un baril de 50 gallons."

À l'heure actuelle, le processus de fabrication d'une nanoparticule implique généralement un technicien dans un laboratoire de chimie qui mélange à la main un lot de produits chimiques dans des flacons et des béchers de laboratoire traditionnels.

La nouvelle technique de Brutchey et Malmstadt repose plutôt sur la microfluidique - une technologie qui manipule de minuscules gouttelettes de fluide dans des canaux étroits.

"Pour aller à grande échelle, nous devons aller petit, " dit Brutchey. Vraiment petit.

L'équipe a imprimé en 3D des tubes d'environ 250 micromètres de diamètre - qu'ils pensent être les plus petits, tubes imprimés en 3D entièrement fermés n'importe où. Pour référence, votre grain de poussière de taille moyenne mesure 50 micromètres de large.

Ils ont ensuite construit un réseau parallèle de quatre de ces tubes, cote à cote, et a fait passer une combinaison de deux fluides sans mélange (comme l'huile et l'eau) à travers eux. Alors que les deux fluides se battaient pour sortir par les ouvertures, ils ont extrait de minuscules gouttelettes. Chacune de ces gouttelettes a agi comme un réacteur chimique à micro-échelle dans lequel des matériaux ont été mélangés et des nanoparticules ont été générées. Chaque tube microfluidique peut créer des millions de gouttelettes identiques qui effectuent la même réaction.

Ce type de système a été envisagé dans le passé, mais il n'a pas pu être agrandi car la structure parallèle signifiait que si un tube se coinçait, cela provoquerait un effet d'entraînement de changement de pression le long de ses voisins, assommer tout le système. Pensez-y comme si vous perdiez une seule lumière de Noël dans l'un des brins à l'ancienne - perdez-en une, et vous les perdez tous.

Brutchey et Malmstadt ont contourné ce problème en modifiant la géométrie des tubes eux-mêmes, façonner la jonction entre les tubes de telle sorte que les particules sortent d'une taille uniforme et que le système soit immunisé contre les changements de pression.

Malmstadt et Brutchy ont collaboré avec Malancha Gupta de l'USC Viterbi et les étudiants diplômés de l'USC Carson Riche et Emily Roberts.