Nachdenken über die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Glas

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Forschung im Glas hat fast alles, von Architektur über Kommunikation verändert, doch Glasforschung ist ein mehr gebrochenen Unterfangen geworden. Privat finanzierte Labs haben geschlossen, und Universitäten in den Vereinigten Staaten und England, die einst Bollwerke Glas Forschung ihren Forschungsschwerpunkt geändert haben. Unterdessen sind Wissenschaftler in anderen Ländern, insbesondere in Japan, das Potenzial der Glasforschung zunehmend interessiert.

Himanshu Jain, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Lehigh University, ist ein Materialwissenschaftler und Pädagoge, ein führendes Unternehmen bei der Entwicklung von höchst anspruchsvollen Formen des Glases für biomedizinische Sensoren, Kommunikation, Mikroelektronik und zahlreiche andere Verwendungen und ein glühender Anhänger der unterrepräsentierter Gruppen Zugang zu Spitzenforschung.

Jain ist auch der Direktor von NSF International Materials Institute für neue Funktionalität in Glas (IMI-NFG) an Lehigh, ein Zentrum, das Forscher aus der ganzen Welt zusammen mit Studenten, die neueste Glastechnologie zu entwickeln bringt.

"Innovation und Neugier durch kulturelle Unterschiede oder geografische Grenzen gebunden sind", sagt Jain. "Gute Ideen kommen aus allen Ecken der Welt, so als Forscher aktiv verfolgen wir müssen neue Türen öffnen, wo immer möglich."

Kurzplatz auf Glas in Tuskegee

Im Jahr 2004 erstellt NSF sechs IMIs zu lernen über nationale Grenzen hinweg, jedes Zentrum konzentriert sich auf eine andere Spezialität zu fördern. Jain leitet IMI-Sachausstattung mit Carlo Pantano der Pennsylvania State University.

"Wir haben zwei Ziele, eine ist die Forschung und die andere ist Bildung", sagt Jain. "Wir wollen informieren und begeistern Menschen aller Bildungsstufen und kulturellen oder nationalen Hintergründe über die Möglichkeiten in der wissenschaftlichen Forschung im allgemeinen und Glaswissenschaft insbesondere."

Um Zugriff auf das Feld der Glasforschung Wissenschaft erweitern zu helfen, Jain und Pantano vorgeschlagen, entwickelt, und Studierende der Universität Tuskegee in Alabama einen Kurzplatz auf Glaswissenschaft und Technik an.

Obwohl Minderheitsbeteiligung in Wissenschaft und Technik allmählich gewachsen ist, zeigt eine aktuelle Studie der NSF lediglich 4 Prozent der akademische Positionen in diesen Bereichen von Afro-Amerikaner gehalten werden.

"Unsere Hypothese war, dass die Schüler von Tuskegee vollständig in einem Umfeld in denen sie am wohlsten fühlte engagieren würde, als transplantiert wird, zu einer ungewohnten Umgebung für eine begrenzte Zeit", sagt Jain.

Jain und Pantano zunächst geplant, ihre Vorträge in einem vorhandenen Tuskegee Physikkurs zu integrieren. Sie waren jedoch angenehm überrascht zu erfahren, dass die Zahl der Studierenden, die den Kurs weit nehmen wollten den Kurs normale Kapazität überschritten.

Tolle Geschichte des Glases

Die IMI-NFG short Course wurde entwickelt, um die Schüler in die Grundlagen einzuführen: Struktur, Eigenschaften, Verarbeitung und Herstellung von Glas. Siebzehn einstündigen Vorträgen präsentierten Jain und Pantano, einschließlich Demonstrationen und Videos um Aufregung unter den Studenten zu generieren.

Jain und seine Kollegen hatten eine tolle Geschichte zu erzählen. Glas, es scheint auf den ersten Blick ist fast unendlich vielseitig. Wir verwenden Glas reparieren unser Augenlicht, Wolkenkratzer zu schmücken und Kunstschätze zu schaffen. Wir beschäftigen sie zu reflektieren, brechen und übertragen Licht und Undenkbare Mengen an Information in Scheiben von Sekunden auszutauschen. Aber all dies ist nur die Oberfläche, sagt Jain. Wenn wir lernen können, ihre chemischen und mechanischen Eigenschaften anzupassen, kann Glas verwendet werden, zu imitieren und sogar wiederherstellen die Wunder der Natur.

Durch die Arbeit mit den Mitarbeitern am Lehigh, Princeton, University of Delaware und auf drei Kontinenten sind Jain und seine Kollegen ein biokompatibles Glas in ein Gerüst engineering, die verspricht, fördern die Heilung von Knochenbrüchen.

Biokompatible Glas für die Heilung von Knochen

Wie das schwammige Interieur des menschlichen Knochens wird das neue Material Poren zur Unterstützung des Wachstums von Knochenzellen und der Blutfluss verbunden. Das Forschungsteam versucht, die biochemischen und mechanischen Eigenschaften des Knochens mit Glas Gerüste entsprechen, die bei den Nano und Makro Maßstäben porös ist.

Die Nanoporen, messen nur wenige Nanometer (Milliardstel Meter) im Durchmesser, können Zellen und Knochen Material zu kristallisieren. Makroporen, erlauben mit Durchmessern in etwa 100 µm (Millionstel eines Meters), Knochenzellen, innen das Gerüst zu wachsen und zu vascularize, oder neue Blutgefäße und Gewebe bilden.

"Wir glauben, dass dieses Material Knochenregeneration anregen wird, weil Zellen innerhalb des Gerüst-Material und Form-Gewebes vermehren werden und erleichtert so die Bereitstellung von Nährstoffen für Knochenregeneration," sagt Lehigh Professor Matthias Falk, ein Zellbiologe und IMI-NFG Mitarbeiter.

"Wenn Sie die beschädigten Knochen, eine Schicht bildet auf der Oberfläche des Glases, die die gleiche chemische Zusammensetzung wie die natürlichen Knochen hat das Glas zuordnen", sagt IMI-NFG Mitarbeiter Mohamed Ammar von der Universität von Alexandria (Ägypten) Tissue engineering Lab. "Die Knochenzellen auf diese Schicht kommen und legen darauf, in der Tat bildet Knochenmatrix um das Glas."

Andere Anwendungen für das Material einschließen Drug Delivery und die Trennung von Viren aus Blut, Arbeit, die im Labor von Lehigh Kollaborateur Xuanhong Cheng im Gange ist.

Mehr Studenten unterrepräsentiert

Die Studenten in die kurze Strecke waren begeistert. Die Aktivität war ein sehr gelungenes Experiment das Interesse der afroamerikanische Studenten in Glas Natur- und Ingenieurwissenschaften zu generieren, und Jain will jetzt sehen, dass es auf anderen Zweigen der Wissenschaft und Technik in Zukunft angewendet.

Jain, Pantano und Tuskegee Fakultät gehen voran mit Plänen, die Vorträge in wiederholbare Tuskegee Kursmaterial, als eine Kombination aus intensiven live-Vorträge und Fernunterricht vermittelt werden zu verwandeln. Darüber hinaus zeigten viele Tuskegee Schüler Interesse an den NSF-geförderten "Forschung Erfahrungen für Studenten" Programme an der Lehigh und Penn State.

"Unsere Partnerschaft mit der Tuskegee University ist für beide Seiten vorteilhafte für die Entwicklung von Kooperationen in Forschung und Bildung werden," sagte Jain. "Es hat Türen geöffnet für helle afroamerikanische Studenten, Penn State und Lehigh für eine Karriere in Wissenschaft und Technik." Die Ressourcen von IMI-NFG vertreten werden weiter sicherstellen, dass diese Schüler Zugriff auf die weltweite Verfolgung von Wissenschaft und Technik."

Besuchen Sie für eine aktuelle Geschichte über Begleitforschungen aus Lehigh IMI diese Url.

• 10 Technologien, die Ihr Leben verändern wird
• Bizarre Eigenschaften des Glases enthüllt
• Physik des Glases wird unscharf

Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt durch die nationalen
Science Foundation (NSF), der Bundesagentur für grundlegende Finanzierung angeklagt
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