Para evitar el cambio en el tamaño de las microgotas, los investigadores han intentado bajar rápidamente la temperatura, pero estos esfuerzos nunca podrán mejorar la uniformidad de las gotas. Si se pueden producir mediante un procedimiento simple gotitas homogéneas dispuestas uniformemente que atrapen ciertos sustratos, como ADN y medicamentos, estas gotitas servirán como elementos útiles en la administración de fármacos y también en la creación de células de síntesis. Esta autoorganización de microgotas puede proporcionar información valiosa sobre el autoensamblaje de moléculas biológicas.

En un estudio publicado en la revista ACS Macro Letters un equipo de investigación dirigido por Ph.D. El estudiante Mayu Shono del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Universidad de Doshisha, descubrió que el patrón espacial homogéneo de microgotas se genera espontáneamente a través de la separación de fases de una solución de polímero a lo largo de un tubo capilar de vidrio.

Curiosamente, se demostró que el patrón uniformemente dispuesto de las gotas es bastante estable durante horas. Los investigadores confinaron una solución acuosa de trippolímero que contenía polietilenglicol (PEG) mezclado con dextrano (DEX) y gelatina en un tubo capilar de vidrio recubierto con PEG. Observaron que con el tiempo, las tres fases se separaron y las gotas de DEX y gelatina se alinearon en un patrón periódico en la fase de PEG.

La disposición de autoensamblaje espontáneo se produjo sin ningún intercambio de materiales o energía en el sistema, lo que lo distingue de otros sistemas. "Hemos estado realizando nuestro estudio para aclarar el mecanismo subyacente de la autoorganización en la materia viva. Como resultado de este estudio, hemos descubierto un fenómeno novedoso para la generación de patrones característicos autoorganizados", dice la Sra. Shono.

En sus experimentos, los investigadores prepararon tres soluciones acuosas de trippolímeros, combinando PEG, DEX y gelatina con agua destilada en una proporción en peso de 5:4:6.

Para distinguir las moléculas, marcaron el DEX y la gelatina con marcadores fluorescentes. Estos marcadores emiten luz de colores específicos cuando se exponen a luz de determinadas longitudes de onda, lo que les permite identificar los diferentes componentes de la muestra. Luego, la solución se introdujo en tubos capilares recubiertos de PEG con diámetros de 140 μm y 280 μm.

Debido a la unión preferencial a la superficie del capilar, el PEG se separó de la solución inmediatamente. Las fases DEX y gelatina, que fueron repelidas por la pared interior, formaron gotas que aumentaron de tamaño.

En 40 segundos, las gotas de DEX formaron una disposición lineal en el centro del capilar y 120 segundos después, las gotas de gelatina hicieron lo mismo. Esto condujo a una alineación periódica y autoorganizada de microgotas ricas en DEX y gelatina rodeadas por una fase rica en PEG, que se mantuvo durante ocho horas después de su formación.

Lo esencial del patrón observado se reproduce mediante simulación numérica modificando el modelo teórico con la ecuación de Cahn-Hilliard, que describe el cambio dependiente del tiempo del patrón espacial de separación de fases en una mezcla de tres polímeros diferentes.

Lograr micropatrones estables mediante separaciones de fases es un desafío porque, en general, las microgotas generadas mediante la transición de fases no son uniformes y tienden a colapsar o desaparecer con el tiempo. Sin embargo, al confinarlos en un capilar con una modificación química adecuada de su superficie interna, los investigadores pudieron preservar los patrones durante largos períodos.

"La nueva metodología para obtener gotas uniformes que se presenta aquí es superior a los microfluidos actuales en varios aspectos", dice la Sra. Shono.

En el futuro, estos micropatrones podrán estudiarse para proporcionar información sobre los mecanismos implicados en el autoensamblaje de moléculas biológicas. Además, puede ayudar en el desarrollo de la administración dirigida de fármacos y la producción de macromoléculas deseadas, como proteínas y nucleótidos, utilizando protocélulas.

Recientemente, la Sra. Shono, junto con sus colaboradores, publicó un artículo en la revista Small. lo que indica el atrapamiento selectivo exitoso de ADN del tamaño de un genoma en gotas homogéneas y dispuestas.

La Sra. Shono concluye:"Este escenario para la formación de patrones junto con la separación de fases bajo confinamiento puede proporcionar un punto de vista novedoso para descubrir los factores ocultos para el origen de la vida y también para revelar el mecanismo subyacente en la estabilidad de la estructura y función de la membrana. menos orgánulos en las células vivas."