과학자들에 따르면 시연은 약물 전달 및 바이오 프린팅에 영향을 미칩니다.

음파는 입자가 스스로 정렬하는 방식을 제어할 수 있습니다. 연구자들은 예를 들어 다른 세포의 박테리아와 같이 모양에 따라 입자를 수년 동안 분리할 수 있었지만 입자의 움직임을 제어하는 ​​능력은 지금까지 대부분 해결되지 않은 문제로 남아 있습니다. Penn State 연구원들은 초음파 기술과 노즐을 사용하여 모양과 다양한 특성에 따라 다양한 입자를 분리, 제어 및 방출했습니다.

그들은 저널에 결과를 발표했습니다. 작은.

“우리는 마이크로채널 노즐을 설계하고 초음파 에너지를 시스템에 적용했습니다. “노즐은 두 가지 역할을 합니다. 그것은 다른 연구자들이 한 일인 유체 흐름을 집중시킵니다. 그러나 그 외에도 노즐의 벽은 초음파 에너지의 음향파를 반사합니다.”

Aronson과 그의 협력자들은 Aronson에 따르면 가장 많이 연구된 합성 자체 추진 입자 중 일부인 나노로드라고 하는 작은 재료로 작업했습니다. 크기가 비슷하고 유영 속도가 박테리아와 비슷하기 때문에 나노막대 관찰에서 도출된 많은 결론이 박테리아 이동에 적용될 수 있다고 Aronson은 말했습니다. 이러한 이유로 향후 분리 작업에 대한 개념 증명으로 자주 사용됩니다.

이 경우 나노로드는 절반은 백금이고 절반은 금이었습니다. 연구원들은 소형 주사기 모양의 노즐에 나노로드를 배치한 다음 과산화수소를 첨가했습니다. 과산화수소는 각 나노로드의 백금 절반에서 분해되거나 연소되어 박테리아가 어떻게 행동하는지 모방하여 헤엄치게 합니다.

연구원들은 초음파를 노즐에 적용하여 유체의 흐름과 함께 나노로드 입자를 분리하거나 응집하거나 노즐에서 압출할 수 있는 음파를 생성했습니다.

“분리 개념은 나노 막대와 구형 입자가 음향 방사와 생성된 유체 흐름에 대해 서로 다른 반응을 갖는다는 사실에 의존합니다.”라고 Aronson은 말했습니다. “노즐 모양과 음파 방사의 주파수 및 진폭을 제어함으로써 우리는 다른 모양과 재료 특성의 입자가 다르게 행동하도록 강제할 수 있습니다. 이것은 특히 나노로드와 같은 활성 입자에 적용됩니다. 그들은 자율적으로 수영할 수 있으며 컨트롤이 특히 어렵습니다.”

연구진에 따르면 입자를 분리하는 이러한 수준의 제어는 이전에 입증된 적이 없었다.

Aronson은 이 시연이 3D 프린팅으로도 알려진 적층 제조 및 약물 전달을 포함한 미래 기술에 영향을 미친다고 말했습니다.

“3D 프린팅의 경우 아이디어는 잉크에 특정 첨가제(예: 나노로드)를 추가할 수 있다는 것입니다.”라고 그는 말했습니다. “그래서 이제 우리는 나노로드 없이 폴리머를 증착하는 것과 같이 인쇄물에 일부만 증착하기 위해 구형 입자에서 나노로드를 분리할 수 있습니다. 모두 인쇄물의 속성을 변경합니다.”

Aronson은 이 원칙이 바이오 프린팅으로 알려진 살아있는 세포 프린팅에도 적용된다고 말했습니다.

“잠재적인 바이오 프린팅 응용 프로그램에는 바이오 잉크젯과 같은 프린터를 위한 음향 노즐 설계가 포함될 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “노즐의 음향 방사를 제어함으로써 우리는 잠재적으로 특정 유형의 세포(예: 줄기 세포)를 압출하고 다른 유형(예: 박테리아)을 포획할 수 있습니다. 이는 바이오프린트에 대한 추가 제어입니다.”

이 기능은 또한 표적 약물 전달에서 박테리아를 세포에서 분리하는 데 유용할 수 있다고 Aronson은 말했습니다. 연구원들은 다음으로 실험실 환경에서 살아있는 박테리아와 세포를 혼합한 다음 분리하고 제어할 계획입니다.

이 논문의 다른 저자는 Penn State Department of Biomedical Engineering의 대학원생인 Leonardo Dominguez Rubio입니다. Penn State의 Verne M. Willaman 화학 교수 Ayusman Sen; 이 작업을 수행할 당시 Penn State 화학 대학원생이었던 Matthew Collins.

미국 에너지부는 이 작업을 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230627123112.htm