Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

MIT sleuths discover quick way to new materials

29.11.2005


In work that could radically change how engineers search for new materials, MIT researchers have developed a way to test the mechanical properties of almost 600 different materials in a matter of days - a task that would have taken weeks using conventional techniques.



The new process could lead to the faster identification of dental implants that don’t crack, tank armor that’s more resistant to missiles, and other materials dependent on mechanical properties like stiffness and toughness.

... mehr zu:
»Department »Engineering »Vliet


The trick? The team, led by Assistant Professor Krystyn J. Van Vliet of the Department of Materials Science and Engineering, miniaturized the process.

Van Vliet, MSE graduate student Catherine A. Tweedie, research associate Daniel G. Anderson of the Department of Chemical Engineering and Institute Professor Robert Langer describe the work in the cover story of the November issue of Advanced Materials.

In 2004 Anderson, Langer and a colleague reported using robotic technology to deposit more than 1,700 spots of biomaterial (roughly 500 different materials in triplicate) on a glass slide measuring only 25 millimeters wide by 75 millimeters long. Twenty such slides, or microarrays, could be made in a single day.

The arrays were then used to determine which materials were most conducive to the growth and differentiation of human embryonic stem cells. (See web.mit.edu/newsoffice/2004/celltest.html.)

Enter Van Vliet, whose lab studies how the mechanical properties of a surface affect cells growing on that surface. Curious as to whether the Langer team had probed the mechanical properties of the biomaterials, she contacted Langer, who introduced her to Anderson.

And what began as an isolated question turned into a collaboration with wider implications.

Together the researchers showed that the mechanical properties of each biomaterial could indeed be determined - and quickly - by combining the arrays with nanoindentation, a technique key to Van Vliet’s work.

In nanoindentation a hard, small probe is pressed into a more compliant material, to depths many times smaller than the diameter of a human hair. By measuring the force applied and how deeply the probe penetrates the material, scientists can learn a great deal about the material’s mechanical properties.

"The spots of material Dan was making had diameters about three times that of a human hair, a scale perfect for nanoindenation," Van Vliet said. So the team created new arrays of roughly 600 unique polymers. "Each dot was a combination of two different monomers, or building blocks, so we could map out the effects of the percentage of each monomer on the properties of the material," Van Vliet said. And in 24 hours Tweedie, using the nanoindenter, had that data in hand.

It would have taken many weeks to analyze that many materials using traditional techniques, which involve "the serial process of bulk-material synthesis, batch-sample preparation, and individual-sample testing," the team writes in Advanced Materials. Further, Anderson explained, many materials have been discovered when a scientist thinks about what the perfect properties of a material should be, and then invents it. "But that can take lots of time," he said.

Enter combinatorial libraries. "Instead of trying to engineer perfect materials, let’s make thousands at the smallest scale we can, and see if we can find some materials with unexpected or interesting properties," Anderson said.

Tweedie notes that even in this first "proof of principle" experiment there were some surprises. For example, she said, "the stiffness of certain polymers depended more on the combination of monomers used (how much of A and B) rather than the structure of each monomer, with certain combinations resulting in very compliant polymers. These were very large, unanticipated changes in mechanical properties that could then be optimized further in a subset of combinations."

Describing the collaboration that brought about these results, Van Vliet concluded: "It’s really made both [of our groups] think in different ways about what we’re doing."

Elizabeth Thomson | Massachusetts Institute of Techn
Weitere Informationen:
http://www.mit.edu

Weitere Berichte zu: Department Engineering Vliet

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Fraunhofer IFAM erweitert den Forschungsbereich »Beschichtungen für Bewuchs- und Korrosionsschutz«
11.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Schrauben mit Köpfchen
10.01.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie