Manejar artículos muy blandos y delicados sin dañarlos es lo suficientemente difícil con manos humanas, y mucho menos hacerlo a escala microscópica con instrumentos de laboratorio. Tres nuevos estudios muestran cómo los científicos han perfeccionado una técnica para manejar partículas pequeñas y blandas utilizando un fluido controlado con precisiónflujos que actúan como manos microscópicas suaves. La técnica permite a los investigadores probar los límites físicos de estas partículas blandas y las cosas que están hechas de ellas, desde tejidos biológicos hasta suavizantes de telas.
Los tres estudios, dirigidos por Charles Schroeder de la Universidad de Illinois, el Académico Ray y Beverly Mentzer de la Facultad de ingeniería química y biomolecular, detallan la tecnología y la aplicación de la trampa de Stokes, un método para manipular partículas pequeñas utilizando solo flujo de fluidoEn el último estudio, publicado en la revista. Materia suave , el equipo usó la trampa de Stokes para estudiar la dinámica de las vesículas, partículas llenas de líquido blando que son versiones despojadas de células y tienen relevancia directa para los sistemas biológicos, dijeron los investigadores. Esto sigue a dos estudios recientes enlas revistas Fluidos de revisión física y Revisión física aplicada que expandió el poder del método de captura.
"Hay varias otras técnicas disponibles para manipular partículas pequeñas, como el método de trampa óptica ampliamente utilizado y ganador del Premio Nobel que utiliza láseres cuidadosamente alineados para capturar partículas", dijo Dinesh Kumar, un estudiante graduado de ingeniería química y biomolecular y líderautor de dos de los estudios: "La trampa de Stokes ofrece varias ventajas sobre otros métodos, incluida la facilidad de ampliación para estudiar múltiples partículas y la capacidad de controlar la orientación y las trayectorias de diferentes partículas de forma, como barras o esferas".
Armado con la tecnología mejorada de trampa de Stokes, el equipo se propuso comprender la dinámica de las vesículas lipídicas cuando están lejos de su estado de equilibrio normal.
"Queríamos entender qué sucede con estas partículas cuando son arrastradas en un flujo fuerte", dijo Schroeder. "En las aplicaciones del mundo real, estos materiales se estiran cuando interactúan entre sí; se procesan, inyectan yexperimentando constantemente tensiones que conducen a la deformación. La forma en que actúan cuando se deforman tiene implicaciones importantes en su uso, estabilidad a largo plazo y procesabilidad ".
"Encontramos que cuando las vesículas se deforman en un flujo fuerte, se estiran en una de tres formas distintas: pesa simétrica, pesa asimétrica o forma elipsoide", dijo Kumar. "Observamos que estas transiciones de forma son independientes de la viscosidaddiferencia de los fluidos entre el interior y el exterior de la vesícula. Esto demuestra que la trampa de Stokes es una forma efectiva de medir la dinámica de estiramiento de materiales blandos en solución y lejos del equilibrio ".
Con sus nuevos datos, el equipo pudo producir un diagrama de fase que los investigadores pueden usar para determinar cómo ciertos tipos de flujo de fluido influirán en la deformación y, en última instancia, las propiedades físicas de las partículas blandas cuando se extraen de diferentes direcciones de flujo.
"Por ejemplo, los productos como los suavizantes de telas, que están compuestos de suspensiones de vesículas, no funcionan correctamente cuando se agrupan", dijo Kumar. "Usando la trampa de Stokes, podemos determinar qué tipos de interacciones de partículas causanvesículas para agregar y luego diseñar un material de mejor rendimiento "
La técnica actualmente está limitada por el tamaño de las partículas que la trampa de Stokes puede atrapar y manejar, dijeron los investigadores. Están trabajando con partículas que generalmente tienen un diámetro mayor de 100 nanómetros, pero para que esta tecnología se aplique más directamentepara los sistemas biológicos, deberán ser capaces de atrapar partículas de 10 a 20 nanómetros de diámetro, o incluso hasta una sola proteína.
El equipo está trabajando actualmente para capturar partículas más pequeñas y colaborando con colegas de la Universidad de Stanford para aplicar la trampa de Stokes para estudiar proteínas de membrana.
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Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de Noticias . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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