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Los físicos desarrollaron gotas autopropulsadas que pueden actuar como microvehículos programables

Los físicos desarrollaron gotas autopropulsadas que pueden actuar como microvehículos programables

Los físicos desarrollaron gotas autopropulsadas que pueden actuar como microvehículos programables Resumen: En las ciencias de la vida, lo

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Los físicos desarrollaron gotas autopropulsadas que pueden actuar como microvehículos programables

Resumen:
En las ciencias de la vida, los investigadores están trabajando para inyectar drogas u otras moléculas en el cuerpo humano utilizando pequeños “vehículos de transporte”. Los investigadores han demostrado en un sistema modelo que las pequeñas gotas de emulsión se pueden usar como portadores inteligentes. Han desarrollado un método para producir gotas líquidas autopropulsadas capaces de proporcionar la entrega espacialmente y temporalmente controlada de una ‘carga molecular’.

Las imágenes del microscopio fluorescente muestran gotas de agua-etanol en una mezcla de aceite-surfactante con un colorante fluorescente (barra de escala 100 μm).
Crédito: Menglin Li, Universidad de Saarland

En las ciencias de la vida, los investigadores están trabajando para inyectar drogas u otras moléculas en el cuerpo humano utilizando pequeños “vehículos de transporte”. Los investigadores han demostrado en un sistema modelo que las pequeñas gotas de emulsión se pueden usar como portadores inteligentes. Han desarrollado un método para producir gotas líquidas autopropulsadas capaces de proporcionar la entrega espacialmente y temporalmente controlada de una ‘carga molecular’.

“Usar gotas como microportadores en biomedicina, por ejemplo, es un objetivo que ya se ha perseguido durante algún tiempo”, dice Ralf Seemann, profesor de Física Experimental en la Universidad de Saarland. Sin embargo, estas gotas solo pueden moverse pasivamente a través del cuerpo, por ejemplo, a través del torrente sanguíneo. Para su estudio actual sobre “micro-nadadores” activos, los físicos de Saarbrücken experimentaron con un sistema modelo que se desarrolló a partir de gotas de emulsión monofásicas en las llamadas gotitas de Janus: descubrieron que pueden moverse activamente y también actuar como “inteligentes” transportista para transportar y depositar una carga.

Las gotas de Janus constan de dos partes diferentes: una gotita rica en agua y una gota rica en etanol y surfactante. La causa de las habilidades especiales de las gotas de Janus radica en su formación: pasan por un total de tres etapas de desarrollo, en las que se producen diferentes interacciones con el entorno. Los investigadores pudieron utilizar estos pasos de desarrollo para “programar” las gotitas como portadores activos.

“El punto de partida son gotas homogéneas, que se producen a partir de una mezcla de agua y etanol. Estas gotas nadan en una fase oleosa en la que se disuelve un surfactante”, explica Jean-Baptiste Fleury, que es un líder del departamento. En la primera fase de desarrollo, el etanol sale de la gota y se disuelve en la fase oleosa circundante. Esto da como resultado diferentes tensiones en la superficie de las gotitas, que causan el llamado flujo de Marangoni en la superficie, así como en la gota. “Con el efecto Marangoni, los líquidos migran de una región de baja tensión superficial a una región de alta tensión superficial”, explica Martin Brinkmann, quien también es parte del equipo de investigación, el principio físico. “Durante la primera etapa, Este gradiente hace que el líquido en la superficie de la gota frontal fluya en la dirección de la tensión superficial más alta y, por lo tanto, establece la caída entera de Janus en movimiento. “En el curso de su formación, las gotitas Janus exhiben mecanismos específicos de conducción, además, dan como resultado diferentes campos de flujo en las etapas respectivas”, dice el Dr. Brinkmann.

Los investigadores de Saarbrücken han explorado con precisión el movimiento de estas gotas de Janus. “Podemos observar cómo se mueven en la célula experimental durante su desarrollo, que dura de diez a quince minutos, y cómo interactúan de manera diferente con los obstáculos, según su etapa de evolución”, explica el Dr. Fleury. La longitud de las etapas individuales de desarrollo puede controlarse mediante la concentración inicial de etanol en la gota y su tamaño. Para probar sus habilidades como portadores, las gotitas en el experimento también fueron cargadas con moléculas de ADN como carga, que se acumulan en la fase rica en etanol. “Nuestro operador puede caminar selectivamente sobre obstáculos de una geometría y condición de superficie específicas y también entregar su carga de manera específica”, dice el profesor Seemann, resumiendo los resultados de su grupo de trabajo.

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