Vervaardigingsmethode voor kunstmatige moleculen wint prijs voor beste poster

Songbo Ni , IBM Research-Zürich

Eerder dit jaar publiceerden wetenschappers van ETH Zürich en IBM Research – Zürich een nieuwe methode in Science Advances om kunstmatige moleculen te maken uit verschillende soorten microsferen, kleine ronde deeltjes met een diameter van 1 micrometer – ongeveer zo groot als bacteriën. Hoewel ze klein zijn, geloven de wetenschappers dat deze microscopisch kleine objecten ooit kunnen worden gebruikt in microrobots, fotonica en fundamenteel biochemisch onderzoek.

Een van de wetenschappers die zich met dit onderzoek bezighoudt, is Songbo Ni, een pre-doc in het IBM-lab in Zürich, die studeert aan de ETH Zürich. Vandaag ontving hij de prijs voor beste poster voor "Programmable Assembly of Colloidal Molecules" op de Faraday Discussions-conferentie van de Royal Chemistry Society.

Ik ging zitten met Songbo om zijn onderzoek te bespreken.

Multimateriële lineaire en niet-lineaire clusters Credit:Science Advances

Beschrijf je onderzoek. Wat is de betekenis ervan?

Songbo Ni: We hebben een manier uitgevonden om hybride colloïdale objecten te vervaardigen, die beter presteren dan de bestaande methoden, zoals fysieke dampafzetting, gezaaide polymerisatie en andere - die doorgaans beperkt zijn tot eenvoudige samenstelling en geometrie.

We ontdekten dat door de geometrie van de vanglocatie te begrijpen, we verschillende deeltjes op bepaalde posities op dezelfde plek kunnen plaatsen om unieke complexe objecten te creëren met de volgorde die we willen programmeren.

Als je meerdere componenten hebt, kun je de clusters op meerdere manieren tegelijk manipuleren, bijvoorbeeld door gebruik te maken van hun elektrische en magnetische eigenschappen. De trend in deeltjestechnologie is verschoven van het zo klein mogelijk maken van deeltjes naar het multifunctioneel maken van deeltjes - met meer elementen samen in dezelfde eenheid.

Hoe heb je de colloïdale moleculen in elkaar gezet?

SN: De techniek heeft een aantal dingen gemeen met het bekende koffievlekeffect.

In een druppel (koffie) heb je verdamping die sterker is aan de rand, en minder in de bulk. Dit leidt tot een stroom deeltjes van de vloeistof binnenin naar de rand en zet kleine koffiedeeltjes af aan de rand die de typische donkere ring vormen.

We gebruikten een soortgelijk idee. We hebben een waterdruppel met microsferen op een sjabloon met gaten geplaatst en de druppel verdampt om de deeltjes naar voren te brengen. En toen verplaatsten we de druppel over de gaten. De deeltjes worden gepositioneerd in de gaten die we hebben ontworpen vanwege de oppervlaktespanning van het water.

Het fenomeen van de oppervlaktespanning van water houdt de vloeistof vast tegen morsen over de zijkanten van de beker.

Wat zijn de toepassingen van wat je in je project hebt gevonden?

SN:  Op dit moment  de experimenten hebben voornamelijk betrekking op fundamenteel onderzoek waarbij mensen deze colloïdale clusters kunnen gebruiken als modellen om veel natuurlijke zelfassemblageprocessen te begrijpen. Onze techniek kan worden gebruikt met een verscheidenheid aan functionele deeltjes voor praktische toepassingen.

Het introduceren van magnetische deeltjes kan bijvoorbeeld externe manipulatie van de clusters mogelijk maken. Als we met medicijnen geladen deeltjes verder combineren, kan dit worden gebruikt bij de toediening van medicijnen om medicijnen op een specifieke plaats vrij te geven voor gepersonaliseerde gezondheidszorg.

Wat zijn de volgende stappen voor u?

SN:  We onderzoeken deze deeltjes nog steeds en laten zien hoe we verschillende materialen in verschillende geometrieën kunnen combineren om een ​​bepaalde anisotropie te programmeren, oftewel richtingsafhankelijkheid. Van lokale anisotropie is bekend dat het verantwoordelijk is voor lokale bewegingen in veel micro-objecten, zoals Janus-katalytische deeltjes en bacteriële flagella. We onderzoeken de mogelijkheid om verschillende eigenschappen in een enkel colloïdaal object te combineren en het vervolgens te laten werken als een kleine robot met een externe energie-invoer.

De volgende resultaten beloven spannend te worden. Hopelijk laten we binnenkort zien hoe we deze deeltjes kunnen laten fungeren als willekeurige zwemmers, mixers en transporteurs, wat zeer nuttig kan zijn in biofysisch en biomedisch onderzoek.