Inspirant-se en la caixa d’eines d’un fuster

Els grups Smart-Nano-Bio-Devices i Nanobioengineering de l’IBEC s’han unit per resoldre el problema del moviment aleatori de micro i nanomotors.

El grup del Samuel Sánchez ha seguit avançant en la creació de micro i nanodispositius autopropulsats en els darrers anys. Aquests ‘nedadors’ autopropulsats per reaccions catalítiques en fluids, que podrien ser els fluids del nostre cos o simplement aigua, tenen un gran potencial en aplicacions com el subministrament dirigit de medicaments, la recuperació mediambiental o com a elements de subministrament i recuperació en dispositius lab-on-a-xip.

Read more…

No obstant això, una cosa que obstaculitza el desenvolupament d’aquests dispositius és el fet que estan constantment subjectes a les fluctuacions brownianes; en altres paraules, són sacsejats per col·lisions amb les molècules en el fluid circumdant. Com a resultat, la seva direcció de propulsió canvia de forma aleatòria cada pocs segons, la qual cosa impossibilita la migració direccional.

“No obstant això, durant l’autopropulsió els motors creen gradients químics i camps de flux en els fluids que els envolten”, diu el Jaideep Katuri, autor principal de l’estudi. “Aquests, al seu torn, es veuen afectats pel seu entorn. Pensem que podríem aprofitar aquestes interaccions per dissenyar una resposta direccional”.

Els investigadors van plantejar que les característiques topogràfiques circumdants dels micromotors podrien fer-se servir per obtenir un flux direccional de partícules, però solament si aquestes característiques es dissenyessin correctament. “Necessitàvem d’alguna manera aconseguir una topografia asimètrica de les superfícies en les quals neden els motors”, diu el Jaideep. “Aquesta asimetria assegura que les partícules trobin més fàcil moure’s en una direcció que en l’altra, i ens ajuda a aconseguir un flux de partícules robust que seria impossible en una superfície homogènia”.

Per desenvolupar aquestes superfícies, el grup Nanobioengineering del Josep Samitier va brindar la seva ajuda. Fent servir la seva experiència en micropatrons, van dissenyar una topografia dentada per la superfície dels nedadors, amb un angle que els fa comportar-se com un trinquet, permetent el moviment en una sola direcció.

“A més de generar trajectòries direccionals i fluxos de partícules orientats, hem vist que aquests ‘trinquets’ també podrien emprar-se per concentrar els micromotors en espais confinats”, afegeix el Jaideep.

Aquesta capacitat de controlar el comportament dels sistemes normalment difusius obre noves possibilitats en microfluids, aplicacions de laboratori en un xip i, finalment, per a aplicacions de lliurament o recollida de fàrmacs.


Article referenciat:
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