Descoberts els factors determinants per a la propulsió de microrobots

Un estudi liderat per investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) obre la porta a la mobilitat de nous objectes microscòpics utilitzant tota una llibreria d’enzims. Segons els experts, aquests microrobots es podran utilitzar en un futur pròxim amb aplicacions mediambientals i biomèdiques.

Ingerir una pastilla per a curar una greu malaltia, o afegir un polsim de pols sintètic per a potabilitzar l’aigua, semblaven conceptes de ciència-ficció fins fa tan sols unes generacions. No obstant això, l’aparició de noves disciplines com la bioenginyeria, està elevant el nivell de sofisticació i especialització de nous materials fins a límits insospitats.

Read more…

Un exemple d’això és el grup de Dispositius Intel·ligents Nanobio, liderat per Samuel Sánchez, investigador ICREA a l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).

Després d’anys desenvolupant dispositius de la grandària d’una mil·lèsima part del gruix d’un cabell per a aplicacions tecnològiques i biomèdiques, el grup de Sánchez, en col·laboració multidisciplinària amb un equip de química computacional, ha fet un nou salt significatiu en la seva recerca: entendre els processos a escala molecular que permeten als anomenats micromotors, propulsar-se per un líquid. L’estudi, que s’ha publicat avui a la prestigiosa revista Nature Communications, Sánchez i els seus col·laboradors descriuen el que fins ara resultava un misteri per a la comunitat científica: com era possible que enzims, que són màquines catalítiques a escala nanoscòpica, arribessin a propulsar partícules enormes en relació a elles?

Mentre que la majoria de grups de recerca centraven els seus esforços a dotar als microrobots de propulsors basats en un enzim anomenat ureasa, els investigadors de l’IBEC han aconseguit adherir i provar la mobilitat d’aquests objectes microscòpics amb tota una nova sèrie d’enzims. Xavier Arqué, estudiant de doctorat a l’IBEC i primer autor de l’estudi, afirma: “El secret de la mobilitat d’aquests microrobots radica en les propietats dels mateixos enzims”. Mentre que enzims com la ureasa i l’acetilcolinesterasa podrien canviar la seva estructura interna, estant aquest procés relacionat amb una major velocitat de reacció (coneguda com a conformació en terminologia científica), i generar la propulsió dels micromotors, uns altres enzims més rígids amb menor velocitat de reacció no eren capaços de generar tal mobilitat. En paraules del propi Sánchez: “és la primera vegada que podem preveure si un enzim en serà útil per a propulsar objectes microscòpics”.

Per a dur a terme el descobriment, els investigadors van combinar les tècniques més avançades de simulació per ordinador amb tècniques experimentals, gràcies a la col·laboració amb el grup de la Dra. Sílvia Osuna, professora ICREA de la Universitat de Girona. Aquest descobriment obre la porta a tota una nova sèrie de microrobots autopropulsats amb aplicacions en medecina, tractament d’aigües i biotecnologia.

Article de referència: Xavier Arqué, Adrian Romero-Rivera, Ferran Feixas, Tania Patiño, Sílvia Osuna & Samuel Sánchez (2019) Intrinsic enzymatic properties modulate the self-propulsion of micromotors, Nature Communications 10, 2826. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10726-8