Los científicos del Centro RIKEN para la Investigación de la Dinámica de los Biosistemas BDR en Japón han desarrollado la primera válvula de microchip alimentada por células vivas. El tejido muscular de la lombriz de tierra permitió una alta fuerza contráctil que podría mantenerse durante minutos, y a diferencia de las válvulas controladas eléctricamente, lo hizono requiere ninguna fuente de alimentación externa como baterías.
Durante varias décadas, los investigadores han estado tratando de combinar sistemas microelectromecánicos MEMS con material vivo. Los Bio-MEMS tienen muchas aplicaciones, que van desde la entrega mejorada de fármacos y sensores ópticos y electroquímicos hasta órganos en chips. El equipo de investigadores deRIKEN BDR y la Universidad de Tokio Denki han estado desarrollando un bio-MEMS impulsado por músculo real, que podría ser útil en implantes quirúrgicos. Basado en su diseño de microbomba en chip, el nuevo estudio es la prueba de concepto para un-válvula impulsada por músculo de chip.
En mecánica, un actuador es la parte de una máquina que controla un mecanismo haciendo que se mueva, como la apertura y el cierre de una válvula. Los actuadores requieren una fuente de energía y una señal de control, que generalmente son de corriente eléctrica o de algún tipode la presión del fluido. La principal ventaja de utilizar los músculos como actuadores en los sistemas bio-MEM es que pueden alimentarse de la misma manera que en los cuerpos vivos: químicamente. Para los músculos, la señal de contracción es la molécula acetilcolina, que esadministrado por neuronas, y la fuente de energía es el trifosfato de adenosina ATP, que existe dentro de las células musculares.
"No solo nuestro bio-MEMS puede funcionar sin una fuente de energía externa, sino que, a diferencia de otras válvulas impulsadas químicamente que están controladas por ácidos, nuestra válvula impulsada por músculos funciona con moléculas que abundan naturalmente en los organismos vivos", dice el primer autor YoTanaka de RIKEN BDR. "Esto lo hace ecológico y especialmente adecuado para aplicaciones médicas en las que el uso de electricidad es difícil o no es aconsejable".
El equipo inicialmente determinó que una pequeña lámina de músculo de lombriz de tierra de 1 cm × 3 cm podría producir una fuerza de contracción promedio de aproximadamente 1.5 mili-newtons durante un período de 2 minutos cuando es estimulada por una cantidad muy pequeña de acetilcolina. Usando estos datos,construyen un canal de microfluidos y una válvula en un microchip de 2 cm × 2 cm que podría controlarse mediante la contracción / relajación del músculo de la lombriz de tierra.
Para probar el sistema, utilizaron un microscopio para controlar las micropartículas marcadas con fluorescencia en el líquido a medida que fluían a través del microcanal. Cuando se aplicó acetilcolina, el músculo entró en contacto. La fuerza resultante se transdujo a una barra que se empujó hacia abajo para cerrar la válvula, que detuvo con éxito el flujo de líquido. Cuando la acetilcolina se lavó, el músculo se relajó, la válvula se volvió a abrir y el líquido volvió a fluir.
"Ahora que hemos demostrado que las válvulas impulsadas por músculo en el chip son posibles, podemos trabajar en mejoras que lo harán práctico", dice Tanaka. "Una opción es usar células musculares cultivadas. Esto podría permitir la producción en masa, mejor control y flexibilidad en términos de forma. Sin embargo, tendremos que tener en cuenta la reducción en la cantidad de fuerza que se puede producir de esta manera en comparación con las láminas musculares reales ".
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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