Aprovechando estudios previos en movimiento quimio-mecánico autoalimentado, los investigadores de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh y el Departamento de Química de la Universidad de Penn State han desarrollado un método novedoso para transportar partículas que utiliza reacciones químicas para impulsar el flujo de fluidos dentro de los microfluídicos.Su investigación, "Aprovechamiento de bombas catalíticas para el suministro direccional de micropartículas en microcámaras", se publicó hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
La investigación de modelado computacional fue dirigida por Anna C. Balazs, profesora distinguida de ingeniería química y petrolera en Pitt, con los asociados posdoctorales Oleg E. Shklyaev y Henry Shum. Los experimentos en Penn State fueron realizados por Ayusman Sen, profesor distinguido deQuímica y estudiantes de posgrado S. Das, A. Altemose, I.Ortiz-Rivera y L. Valdez. Sus hallazgos teóricos y experimentales combinados podrían permitir el transporte controlable de partículas y células, permitiendo que los ensayos químicos altamente sensibles se realicen de manera más rápida y eficiente.
"Uno de los desafíos críticos en el transporte de micropartículas dentro de los dispositivos es entregar la partícula a una ubicación específica", explicó el Dr. Balazs. "Al igual que una cinta transportadora en una fábrica, desea mover la partícula dentro de un sistema cerrado sin ningún tipo demodificación de su superficie o daño a su estructura "
el Dr. Balazs señaló que además de entregar con éxito las partículas, los otros desafíos que enfrentaron los investigadores fueron mantener el flujo unidireccional desde el punto A al punto B dentro de una cámara cerrada, y asegurar que una concentración crítica de estas partículas podría ser entregada a los sensores, que solo funcionan por encima de un umbral crítico. La solución fue generar un gradiente de un reactivo químico mediante la introducción del reactivo en un extremo de la cámara, punto A. Las enzimas en la superficie de la cámara consumieron el reactivo para que se agotara por completoen el punto B. Dado que la presencia del reactivo aumenta la densidad del fluido, se estableció un gradiente de densidad entre los puntos A y B, que condujo a un flujo convectivo que transportaba partículas como una cinta transportadora.
"Anteriormente, para generar propulsión espontánea de micropartículas, era necesario modificar químicamente la superficie de estas partículas, alterando así sus propiedades inherentes", dijo el Dr. Balazs. "Además, modificar la superficie de la partícula no necesariamente le permite dirigir sumovimiento dentro de la cámara. Pudimos predicar a través de nuestros modelos computacionales y demostrar en los experimentos realizados en Penn State que el flujo generado por la reacción química catalítica en la cámara podría transportar efectivamente partículas a un sensor particular, y podría permitir el control sobre elvelocidad y dirección del transporte de partículas, sin tener que usar una bomba externa ni ninguna modificación de la carga ".
"La utilización de reacciones catalíticas para conducir fluidos para transportar de forma controlada las partículas en la solución es un campo relativamente nuevo, a pesar de que es lo que hacen nuestros cuerpos en cualquier momento dado al convertir alimentos en combustible. Sin embargo, replicarlos dentro de un sistema sintético es muy difícil".El Dr. Sen agregó: "En nuestro laboratorio, pudimos diseñar una" máquina "sin la necesidad de un dispositivo mecánico que pudiera usarse muchas veces simplemente agregando combustible a la cámara, mientras permitíamos que la partícula siguiera siendo un participante pasivopara el paseo."
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Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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