Inspirándose en la caja de herramientas de un carpintero

Los grupos Smart-Nano-Bio-Devices y Nanobioengineering del IBEC se han unido para resolver el problema del movimiento aleatorio de micro y nanomotores.

El grupo de Samuel Sánchez ha seguido adelante con su creación de micro y nanodispositivos autopropulsados en los últimos años. Estos ‘nadadores’ autopropulsados por reacciones catalíticas en fluidos, que podrían ser los fluidos de nuestro cuerpo o simplemente agua, tienen un gran potencial en aplicaciones como la administración dirigida de medicamentos, la recuperación medioambiental o como elementos de suministro y recuperación en dispositivos lab-on-a-chip.

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Sin embargo, algo que obstaculiza el desarrollo de estos dispositivos es el hecho de que están constantemente sujetos a las fluctuaciones brownianas; en otras palabras, son sacudidos por colisiones con las moléculas en el fluido circundante. Como resultado, su dirección de propulsión cambia de forma aleatoria cada pocos segundos, lo que imposibilita la migración direccional.

“Sin embargo, durante la autopropulsión los motores crean gradientes químicos y campos de flujo en los fluidos que los rodean”, dice Jaideep Katuri, autor principal del estudio. “Estos, a su vez, se ven afectados por su entorno. Pensamos que podríamos aprovechar estas interacciones para diseñar una respuesta direccional”.

Los investigadores plantearon que las características topográficas circundantes de los micromotores podrían usarse para obtener un flujo direccional de partículas, pero solo si estas características se diseñaran correctamente. “Necesitábamos de algún modo lograr una topografía asimétrica de las superficies en las que nadan los motores”, dice Jaideep. “Esta asimetría asegura que las partículas encuentren más fácil moverse en una dirección que en la otra, y nos ayuda a lograr un flujo de partículas robusto que sería imposible en una superficie homogénea”.

Para desarrollar estas superficies, el grupo Nanobioengineering de Josep Samitier brindó su ayuda. Usando su experiencia en micropatrones, diseñaron una topografía dentada en la superficie de los nanadores, con un ángulo que los hace comportarse como un trinquete, permitiendo el movimiento en una sola dirección.

“Además de generar trayectorias direccionales y flujos de partículas orientados, hemos visto que estos ‘trinquetes’ también podrían usarse para concentrar los micromotores en espacios confinados”, agrega Jaideep.

Esta capacidad de controlar el comportamiento de los sistemas normalmente difusivos abre nuevas posibilidades en microfluidos, aplicaciones de laboratorio en un chip y, finalmente, para aplicaciones de entrega o recogida de fármacos.


Artículo referenciado:

Jaideep Katuri, David Caballero, Raphael Voituriez, Josep Samitier, Samuel Sanchez (2018). Directed Flow of Micromotors through Alignment Interactions with Micropatterned Ratchets. ACS Nano, epub ahead of print