Si alguna vez ha agitado una botella de aderezo para ensaladas mezclado con aceite y vinagre, ha creado temporalmente una emulsión. Sin embargo, ese estado es temporal, y los dos componentes pronto se separan. Pero, ¿Qué pasaría si pudiera crear una emulsión estable en la que todas las pequeñas gotas permanezcan en un tamaño uniforme durante mucho tiempo? Los bioingenieros y matemáticos de UCLA han hecho precisamente eso, inventando las primeras emulsiones 'blindadas'.

La armadura viene en forma de pequeñas copas suaves en forma de U, aproximadamente medio milímetro de largo. Con un exterior hidrofóbico (que repele el agua) y un interior hidrofílico (que atrae el agua), cada partícula en forma de U captura una gota de fluido que da como resultado una emulsión que permanece intacta después de la mezcla. La tecnología abre nuevas vías en la producción farmacéutica y química, investigación y diagnóstico biológicos.

Recientemente se publicó un estudio que detalla la investigación en Avances de la ciencia .

"Son como pequeños tubos de ensayo, pero miles de veces más pequeñas que las que se utilizan actualmente en los laboratorios, "dijo el líder del estudio Dino Di Carlo, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA y profesor de Ingeniería y Medicina Armond y Elena Hairapetian de UCLA.

"A diferencia de los tubos de ensayo tradicionales, estos se llenan automáticamente para contener un volumen de líquido del tamaño de una sola celda. Y como son de tamaño uniforme, son ideales para realizar reacciones químicas repetibles. Este es un requisito fundamental en la investigación biológica y el diagnóstico de la salud ".

En colaboración con Andrea Bertozzi, una profesora distinguida de matemáticas en UCLA y la profesora Betsy Wood Knapp de Innovación y Creatividad, El equipo primero creó modelos matemáticos que describen cómo la geometría y las propiedades de la superficie de cada taza interactúan con los fluidos para mantener volúmenes uniformes. Las copas en forma de U se fabrican utilizando un nuevo enfoque de impresión 3D a microescala desarrollado previamente por el grupo de investigación de Di Carlo.

"Esta es una de las aplicaciones más interesantes de superficies mínimas en geometría que he visto en mucho tiempo, "dijo Bertozzi, cuyo equipo utilizó un método numérico que se aplicó por primera vez para simular mosaicos de volumen en 3D para estudiar las configuraciones de volumen óptimas para las partículas.

Las partículas permiten que se produzcan reacciones químicas en muchas células individuales simultáneamente. Las células pueden mantenerse vivas dentro de la emulsión e identificarse por una característica deseada, como una alta producción de enzimas o anticuerpos, o resistencia a una droga. Debido a los diminutos volúmenes de líquido atrapados, los productos de las reacciones de un pequeño número de células o moléculas pueden acumularse a niveles elevados en cuestión de horas en lugar de días. Estas capacidades pueden ser importantes para acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos y agilizar los diagnósticos de salud. como por ejemplo para infecciones bacterianas o enfermedades cardiovasculares.

Además de conferir estabilidad a largo plazo a la emulsión, las partículas en forma de U podrían introducir una serie de otras propiedades físicas y bioquímicas. La química de la superficie de las partículas se puede modificar para capturar marcadores diana específicos de la enfermedad. Además, la forma de las partículas proporciona un método único para identificar cada reacción, similar a un número de código de barras escrito en el costado de un tubo de ensayo. Otro artículo reciente del grupo, que fue publicado en Laboratorio en un chip , amplía el número de posibles formas de partículas.

"Creemos que este nuevo enfoque de 'laboratorio en una partícula' promete superar los sistemas anteriores de 'laboratorio en un chip' al eliminar la necesidad de sistemas complejos de bombeo y control, Di Carlo dijo. "Hacer y usar las emulsiones blindadas es bastante fácil con equipos de laboratorio comunes como pipetas y centrifugadoras. Esto podría permitir que más laboratorios de investigación en todo el mundo lleven a cabo investigaciones de gran impacto sin una inversión significativa en equipos ".