Las bacterias y otros microorganismos de la natación evolucionaron para prosperar en entornos desafiantes, y los investigadores luchan por imitar sus habilidades únicas para las tecnologías biomédicas, pero los desafíos de fabricación crearon un cuello de botella de fabricación.el platino puede cerrar la brecha entre nadadores biológicos y sintéticos, según un equipo internacional de investigadores.
Estos micro nadadores imitan el comportamiento biológico y algún día podrían entregar medicamentos específicos o agitar muestras en laboratorios en un chip, un dispositivo en miniatura que imita un laboratorio completo en un microchip.
"Estas donas eventualmente pueden tener aplicaciones médicas como materiales activos", dijo Igor Aronson, Profesor de la cátedra Huck de Ingeniería Biomédica, Química y Matemáticas, Penn State.
Los materiales activos son aquellos que se mueven solos como bacterias o micro nadadores artificiales.
"Es realmente difícil mezclar las cosas cuando se usa un laboratorio en un chip", dijo Remmi Danae Baker, candidato a doctorado en ciencia e ingeniería de materiales, Penn State. "Estos microtori, porque son materiales activos y se muevenpor sí solos, podrían usarse para ayudar en la micromezcla ".
Los investigadores fabrican estas rosquillas utilizando una máquina Nanoscribe Photonic Professional GT que permite la creación de rosquillas de 3, 7 o 14 micrómetros con características impresas de hasta 200 nanómetros. La seda de araña tiene un diámetro de 3 a 10 micrómetros. El Nanoscribe utiliza un láser precisotecnología y fotoresistores especialmente diseñados para lograr esto.
"Creamos dos diseños diferentes, horizontal y vertical", dijo Baker. "Los toros horizontales se imprimen planos en el portaobjetos de vidrio, se esmaltan con níquel y luego con platino. Los toros verticales se imprimen en 3D en posición vertical y luego se sumergen en níquel y platino"
Las rosquillas horizontales son perfectamente circulares y se ven como rosquillas heladas, con la formación de hielo más gruesa en la parte superior que en los lados. La versión vertical tiene un extremo plano para que se sumerjan y solo se sumerjan hasta la mitad.
El níquel tiene dos propósitos. El platino no se adhiere a las micro-donas de plástico, pero el níquel y el platino se adhieren al níquel. Además, el níquel es magnético, por lo que los investigadores pueden manipular las donas con campos magnéticos.
"Las celosías de las capas de níquel y platino coinciden bastante bien", dijo Baker.
Los investigadores quieren que las rosquillas se comporten como organismos vivos: naden en el agua y respondan a las señales. Los seres vivos necesitan comida o combustible para moverse. Para el experimento, los investigadores colocaron los microtori en una solución de peróxido de hidrógeno, que era elcombustible. El platino descompone el peróxido de hidrógeno y potencia la propulsión de las donas.
"Originalmente, se pensaba que un toro horizontal simplemente se elevaría del sustrato y flotaría, pero eso no sucede", dijo Aronson. "En lugar de elevarse, comienzan a inclinarse, alcanzan un ángulo de 15 grados yluego nadan como un jet skier "
Mientras los microtori horizontales se mueven en línea recta, Aronson observa que un toro vertical no se moverá en la dirección del campo magnético, pero a medida que el campo magnético aumenta, el toro crea bucles planos más grandes y grandes hasta que el movimiento se vuelve rectolínea.
Los investigadores informan hoy 30 de octubre en Comunicaciones de la naturaleza que "El tori también manipuló y transportó a otros nadadores artificiales, nanorods bimetálicos, así como partículas coloidales pasivas". Las varillas bimetálicas son similares a las bacterias y este es el primer paso para manipular la materia biológica como las células y las bacterias.
Los dos modos de micro donas se comportan de manera diferente cuando se transportan partículas o material activo. Los toros horizontales, los congelados como donas, transportan activamente nanobods bimetálicos.
Los investigadores encontraron una serie de nuevos comportamientos para estos micro nadadores impresos en 3D con microquímicos. Tanto sus enfoques experimentales como de modelado son aplicables a otros micro nadadores que funcionan con métodos alternativos al peróxido de hidrógeno. Para los sistemas biológicos, los micro nadadores pueden usar biocompatiblessistemas de propulsión como enzimas o luz.
Los investigadores señalan que "estos micro nadadores biocompatibles, impresos en 3D, serían capaces de interactuar y manipular la materia biológica activa que conduciría al desarrollo de transporte celular inteligente y terapia".
Ayusman Sen, Profesor Verne M. Willaman de Química y distinguido profesor de química, Penn State, también está trabajando en el proyecto. Thomas Montenegro-Johnson, profesor titular de matemáticas, Universidad de Birmingham, Reino Unido; Anton D. Sediako, graduadoestudiante, y Murray J. Thomson, profesor, ambos en el Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial, Universidad de Toronto; y Eric Lauga, profesor de matemáticas aplicadas, Universidad de Cambridge, Reino Unido
El Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Fundación Nacional de Ciencias en Penn State; el programa NSF Designing Materials to Revolutionize and Engineer Our Future; Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas, Reino Unido; Consejo Europeo de Investigación; y el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería,Canadá, apoyó este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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