Nanodeeltjes hebben verschillende nuttige toepassingen, maar het is lastig en duur om ze in grote aantallen te maken. Daar denken ingenieurs in de VS nu de oplossing voor te hebben. Ze hebben een proces bedacht waarmee op een eenvoudige en robuuste manier grote aantallen nanodeeltjes te produceren zijn. In een kunststof verdeelstuk brengen ze via smalle kanaaltjes twee vloeistofstromen bij elkaar. Daarbij ontstaan druppeltjes waarbinnen zich de nanodeeltjes vormen.
Nanodeeltjes zijn de laatste jaren hot. Ze zijn een verschijningsvorm van materialen in bolletjes of brokjes van slechts enkele nanometers groot. Op die schaal blijken materialen vaak heel andere eigenschappen te hebben dan op macroschaal.
Zo blijken nanodeeltjes van goud door de wand van levende cellen heen te kunnen dringen zonder schade te veroorzaken en zonder de cel te doden. Biomedisch onderzoekers willen dit gebruiken om bepaalde stoffen tot in de cel af te leveren: een geneesmiddel heel lokaal afgeven; of een chemotherapiemiddel tot in de kankercel brengen, wat de effectiviteit flink verhoogt.
Tumorcellen kapotmaken
Of wat te denken van recent kankeronderzoek, waarbij nanodeeltjes van goud op de celwand van tumorcellen werden gebracht. Onder invloed van infrarood licht warmden de nanodeeltjes zo snel op, dat de tumorcellen kapot gingen.
Maar nanodeeltjes zijn ontzettend duur om te maken. Tot nu toe worden daarvoor batchprocessen gebruikt: twee stoffen bij elkaar gooien en roeren maar. Uit een chemische reactie ontstaan dan de gewenste nanodeeltjes. Het grootste nadeel is dat de opbrengst van dit proces terugloopt als het wordt opgeschaald. Ook is de kwaliteit van de deeltjes lastig constant te houden.
Eenvoudig nanodeeltjes maken
Daar hebben onderzoekers van de University of Southern California nu iets op gevonden. Ze laten zien hoe je in een continu proces vrij eenvoudig nanodeeltjes kunt maken. Een proces dat eenvoudig is op te schalen, namelijk door meerdere van hun systemen naast elkaar te zetten.
De crux van het systeem is een vernuftig ontworpen druppelgenerator, een 3D-geprint stukje kunststof met smalle kanaaltjes erin (zie illustratie hiernaast). De druppelgenerator heeft twee ingangen (links) en één uitgang. Twee verschillende niet-mengbare vloeistoffen — vergelijk het met olie en water — komen binnenin het plastic blokje bij elkaar. Op het punt waar ze zich allebei door één kanaaltje moeten wringen, ontstaan minuscule druppeltjes van vloeistof 1 in vloeistof 2.
Miljoenen druppeltjes
Binnenin de gevormde druppeltjes vindt de reactie plaats waarbij de gewenste nanodeeltjes ontstaan — van platina in dit geval. Zo worden in een continu proces al snel miljoenen druppeltjes gevormd — zie de momentopname hiernaast. De grootte van de gevormde druppels is eenvoudig in te stellen, door de binnendiameter van het slangetje op de uitgang van de druppelgenerator te veranderen.
De onderzoekers hebben vier van deze druppelgenerators parallel geschakeld en laten daarmee zien dat hun proces heel goed is op te schalen. De druppelgenerator is vervaardigd met stereolithografie (SLA), een zeer nauwkeurige variant van 3D-printen. De beschreven maakmethode voor nanodeeltjes is zo eenvoudig dat ook relatieve leken op het gebied van microfluidics ermee aan de slag kunnen, zo betogen de onderzoekers.
Meer details zijn te lezen in het artikel Flow invariant droplet formation for stable parallel microreactors in Nature Communications (gratis beschikbaar).
Openingsfoto: Creative Commons. Illustratie: Carson T. Riche et al. Still en video: Richard Brutchey en Noah Malmstadt / USC.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.