Nuevos Micromotores que se orientan mediante pequeñas alteraciones en la superficie

Investigadores del IBEC, en colaboración con el Max-Planck Institute for Intelligent Systems y la Universidad de Stuttgart, han descrito, en un artículo publicado hoy en la revista Nature Communications, un tipo de micromotor que se guía utilizando diminutos patrones topográficos en las superficies por las que se desplaza.

Los anteriores micromotores de Samuel Sánchez y Mykola Tasinkevych se guiaban a través de los fluidos utilizando un revestimiento magnético diseñado especialmente, lo que permitía que, combinado con campos magnéticos externos, se pudiera controlar su trayectoria.

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Este nuevo estudio, resultado de una colaboración entre la investigación experimental y la teórica, demuestra que las partículas pueden utilizar las características de las superficies sobre las que se desplazan para cambiar su dirección de movimiento. “Los micromotores tienden a asentarse y a moverse cerca de las superficies, y hemos visto que esta tendencia interfiere en su trayectoria”, comenta Samuel Sánchez, profesor ICREA y investigador principal del grupo Smart Nano-Bio devices en el IBEC y en el Stuttgart MPI-ES. “Esta peculiaridad nos ha llevado a explorar nuevos métodos para guiar micromotores mediante alteraciones en la superficie”.

Imagen, izquierda: Una partícula activa se aproxima a un paso micro-fabricado y se reorienta desplazándose a su largo.

Mediante un proceso de microfabricación, los investigadores modificaron la superficie creando una serie de diminutas muescas a modo de pasos (varias veces más pequeñas que el radio de la partícula), de manera que, un tipo específico de micromotores -creados a partir de partículas esféricas Janus, cuya superficie tiene dos o más propiedades físicas distintas- pudieran usarlas como guía para seguir un recorrido específico. Esta estrategia está inspirada en la que utilizan los motores moleculares en los sistemas naturales, cuando, en el interior celular, las proteínas motoras se unen a los filamentos del citoesqueleto para lograr el movimiento direccional.

Las partículas Janus -que toman su nombre del Dios de las puertas en la mitología romana y que se representa con dos caras mirando a puntos opuestos-, están formadas por una mitad de platino y la otra de sílice. Cuando la cara del platino actúa como un catalizador en peróxido de hidrógeno, la cara del sílice permanece inerte, una asimetría en las propiedades químicas que produce el movimiento de autopropulsión en estos coloides. Los investigadores detectaron que las partículas tendían a tener una orientación estable paralela a la superficie, y explotaron este fenómeno para guiar las partículas a lo largo de los diminutos pasos, de esta manera, pudieron demostrar que, la actividad química de las partículas y las interacciones hidrodinámicas asociadas con las superficies cercanas son responsables del fenómeno observado.

“Los resultados del estudio abren la posibilidad de guiar este tipo de partículas a lo largo de vías complejas mediante pequeñas modificaciones de la superficie”, comenta Samuel. “Esto puede tener implicaciones significativas en el diseño de nuevos micromotores artificiales para múltiples aplicaciones”.

Simmchen, J., Katuri, J., Uspal, W.E., Popescu, M.N., Tasinkevych, M., and Sánchez, S. (2016). Topographical pathways guide chemical microswimmers. Nat. Commun, 7, 10598