Certaines des découvertes les plus importantes au monde – la pénicilline, caoutchouc vulcanisé et Velcro, pour n'en nommer que quelques-uns - ont été fabriqués par accident. En réalité, il a été dit que plus de la moitié de toutes les découvertes scientifiques sont le fruit du hasard.

Ajoutez le gel des anneaux vortex à cette longue liste d'"accidents".

Duo An, un doctorant dans les laboratoires du professeur Dan Luo et du professeur assistant Minglin Ma, au Département de génie biologique et environnemental, était un étudiant de premier cycle de Chine faisant un stage à Cornell lorsqu'il est tombé sur un phénomène qui a le potentiel d'améliorer considérablement la production de protéines sans cellules et la livraison de cellules, en particulier pour les patients diabétiques de type 1.

Un groupe dirigé par Luo et Ma a publié le document, "Production en masse de particules façonnées par congélation en anneau vortex, " qui a été publié en ligne le 4 août dans Communication Nature . An est l'auteur principal.

Les anneaux de vortex sont omniprésents dans la nature - un nuage de fumée en forme de champignon en est un exemple - et l'évolution de l'anneau présente un riche spectre de géométries complexes, de sphérique à larme à toroïdal (en forme de beignet). Les chercheurs ont utilisé ces caractéristiques pour contrôler et produire en masse des particules inorganiques et organiques via un processus d'électropulvérisation, grâce à quoi une multitude de particules dérivées de vortex (VRP) peuvent être produites, puis figé à des moments précis. Le groupe a indiqué qu'il pouvait en produire 15, 000 anneaux par minute par électropulvérisation.

Ils ont découvert qu'ils contrôlaient la forme et la vitesse du jet, ainsi que la vitesse de la réaction chimique, peut donner des structures différentes.

"Nous pouvons régler ces deux échelles de temps, et contrôler à quel stade nous pouvons geler la structure, pour obtenir les résultats que nous voulons, " a dit An.

Tout en travaillant dans le laboratoire de Luo lors d'un stage d'été, An fabriquait des hydrogels de nanoargile – injectant une solution dans une autre pour créer un gel. Mais pour cette procédure particulière, au lieu de l'injection directe, il a fait couler une solution dans une autre. Lorsque la première solution est entrée dans la seconde, il a créé des particules d'anneau de vortex.

Ce n'est que deux ans plus tard, en travaillant dans le laboratoire de Ma, qu'il se souvenait des anneaux vortex qu'il avait créés et se demandait si ce concept pouvait être appliqué au travail de Ma avec les microcapsules et la thérapie cellulaire. Le laboratoire Ma se concentre sur l'administration de cellules pour les patients diabétiques de type 1.

Ma a admis que l'idée d'utiliser une encapsulation en forme de beignet ne lui était pas venue à l'esprit, mais était parfaitement logique.

« Nous connaissions le concept selon lequel une forme de beignet est meilleure, mais nous n'avons jamais pensé à le faire jusqu'à ce que nous le voyions [de An], " dit Maman.

Un avantage de l'encapsulation en forme de beignet par rapport à une encapsulation sphérique est une distance de diffusion plus courte - la distance que la particule encapsulée doit parcourir pour échapper à la capsule - tout en maintenant une surface relativement grande.

Ce concept pourrait ouvrir la voie à d'autres applications encore inconnues de la congélation en anneau vortex, selon Luo.

"Notre espoir est que ce type de matériau dans ces formes puisse être utilisé beaucoup plus largement dans d'autres laboratoires pour tout ce qu'ils essaient de faire, " a-t-il dit. " Il y a tout un domaine consacré aux seules particules, mais par défaut, ils pensent tous en termes de particules sphériques. Avec un peu de chance, cela ajoutera à ce domaine d'études.

Maman, qui plus tôt cette année a remporté un Hartwell Individual Biomedical Research Award pour ses travaux sur le diabète juvénile, cité le travail des collaborateurs Ashim Datta, professeur de génie biologique et environnemental, et Paul Steen, le professeur d'ingénierie Maxwell M. Upson à la Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomedical Engineering. Le labo de Datta a fait le travail de simulation, et le groupe de Steen a fourni une contribution théorique clé.

« Leurs contributions mettent ce travail sur un terrain beaucoup plus solide, " Ma dit. " Nous comprenons maintenant mieux le mécanisme derrière cela, et pourra concevoir de manière plus ciblée ces particules à l'avenir. »

Parmi les autres collaborateurs figuraient les étudiants diplômés Alex Warning, Kenneth Yancey, Chun-Ti Chang et Vanessa Kern.