Los modelos matemáticos del movimiento de las células en líquidos viscosos que muestran cómo este movimiento se ve afectado por la presencia de un revestimiento de surfactante tienen aplicaciones en el diseño de micro nadadores artificiales para la administración de fármacos dirigida. microcirugía y otras aplicaciones.

Muchos tipos de células móviles, como las bacterias en nuestro intestino y los espermatozoides en el tracto reproductivo femenino, necesitan propulsarse a través de espacios reducidos llenos de líquido viscoso. En años recientes, el movimiento de estos micro nadadores se ha imitado en el diseño de máquinas autopropulsadas a micro y nanoescala para aplicaciones que incluyen la administración de fármacos dirigida. Optimizar el diseño de estas máquinas requiere un detallado y comprensión matemática de los micro nadadores en estos entornos.

Un gran, grupo internacional de físicos dirigido por Abdallah Daddi-Moussa-Ider de Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Alemania ahora ha generado modelos matemáticos de micro nadadores en gotas viscosas limpias y cubiertas de surfactante, mostrando que el surfactante altera significativamente el comportamiento de los nadadores. Han publicado su trabajo en EPJ E.

La dinámica de los micro nadadores que se mueven dentro de una gota de líquido viscoso depende de muchas cosas, incluyendo la forma y el tamaño de la gota, el número de micro nadadores y el número de Reynolds del líquido. Ésta es una medida de viscosidad; los líquidos con bajo número de Reynolds son más viscosos y fluyen de manera lineal con poca turbulencia. El flujo de dicho líquido se puede modelar resolviendo un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales conocidas como ecuaciones de Navier-Stokes. En este caso, el micro-nadador en sí fue considerado como un dipolo de fuerza confinado dentro de la gota y ubicado en un punto fijo. La presencia de una capa de tensioactivo que rodea la gota que contiene el micro-nadador se modeló utilizando condiciones de contorno.

Resolver estas ecuaciones en una variedad de condiciones:gotas con o sin capas de surfactante, estacionario y en movimiento libre, y con diferentes números y radios de Reynolds, le dio a Daddi-Moussa-Ider y sus compañeros de trabajo un conjunto de campos de flujo sutilmente diferentes, a partir del cual se podría definir la dinámica del micro-nadador. Señalan que estos modelos de dinámica del nadador pueden resultar útiles en el diseño de micro-máquinas para el ensamblaje de materiales, biodetección y microcirugía, así como administración de fármacos.