Las sondas magnéticas microscópicas que cambian de forma en respuesta a su entorno pueden mejorar en gran medida las imágenes por resonancia magnética (MRI). Sin embargo, la producción de las sondas, que aún son experimentales y aún no se han utilizado en humanos, ha requerido acceso a una sala limpia y experiencia en nanofabricación, lo que limita su uso generalizado.
Ahora, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han llevado estas sondas que cambian de forma, conocidas como sensores magnéticos codificados geométricamente, o GEMS, un paso más allá al revelar un nuevo método de fabricación que no sólo es más rápido y más barato, sino que elimina la necesidad de instrumentos especializados.
Los científicos informaron sobre su trabajo en línea el 19 de diciembre en ACS Sensors. .
En lugar de construir las diminutas sondas capa por capa en una instalación de nanofabricación, el equipo las construyó utilizando un molde maestro de precisión. Esta técnica permite a los investigadores crear GEMS en sus propios laboratorios utilizando materiales económicos y equipos fácilmente disponibles.
Los científicos del NIST Gary Zabow y Samuel Oberdick y sus colegas centraron sus esfuerzos en construir GEMS con forma de pequeños cilindros huecos porque esa forma se puede fabricar fácilmente con un molde. Para su molde maestro, los científicos construyeron una serie de cilindros huecos hechos de silicio duro, cada uno de sólo unos 100 micrómetros de diámetro, unas diez veces más grande que un glóbulo rojo.
Luego, el equipo demostró cómo los investigadores con un molde maestro de este tipo podían completar el proceso de fabricación de varios pasos. Primero, los científicos hicieron un "negativo" de molde blando del maestro vertiendo un polímero líquido encima del molde de silicio duro, permitiendo que se solidificara y luego despegándolo. Esto creó un molde flexible con una serie de cavidades huecas cilíndricas.
En el siguiente paso, los científicos llenaron cada cavidad con un precursor líquido de un hidrogel, una red de polímeros entrecruzados que pueden absorber grandes cantidades de agua. El hidrogel, que había sido diseñado para encogerse o hincharse en respuesta a cambios en la acidez u otras propiedades de su microambiente, es un componente clave del GEMS. Los hidrogeles diseñados son económicos y fáciles de fabricar.
Después de endurecer los hidrogeles exponiéndolos a luz ultravioleta, el equipo del NIST los sacó de su molde blando, de forma similar a sacar cubitos de hielo de una bandeja de silicona. Luego, los hidrogeles cilíndricos se sumergieron en un baño de sales de hierro y se transfirieron a una solución básica, que convirtió las sales de hierro absorbidas por los hidrogeles en partículas de óxido magnético.
La fuerza del campo magnético de cada hidrogel tiene una relación directa con la resonancia magnética, que manipula los diminutos campos magnéticos de los protones para obtener imágenes de las estructuras internas del cuerpo humano. Los protones se comportan como peonzas magnetizadas que giran, cada una apuntando inicialmente en una dirección aleatoria.
Una máquina de resonancia magnética alinea el campo magnético de los protones con su propio campo magnético fuerte y luego interrumpe esa alineación haciendo cosquillas a los protones con un pulso de ondas de radio a una frecuencia de resonancia que hace que los protones se "relajen" alternativamente en sus estados originales y luego volver a alinearse. A medida que los protones van y vienen entre los dos estados, emiten ondas de radio, que se traducen en imágenes de resonancia magnética.
Mientras tanto, los hidrogeles cambian de forma en respuesta a cambios en las condiciones locales y, como resultado, su campo magnético se fortalece o debilita.
El campo magnético cambiante del GEMS cambia la frecuencia de resonancia de los protones que se encuentran dentro o cerca de las sondas. Al medir el cambio, la resonancia magnética puede detectar cómo los GEMS han alterado su forma en respuesta a una propiedad específica en su entorno local.
Los GEMS que se construyen con el proceso de molde blando se pueden adaptar para cambiar su forma según una serie de propiedades ambientales, lo que permite a los investigadores utilizar las sondas para explorar una variedad de condiciones biomédicas, afirmó Oberdick.
Más información: Samuel D. Oberdick et al, Micropartículas de magnetogel con forma para detección y contraste de resonancia magnética multiespectral, Sensores ACS (2023). DOI:10.1021/acssensors.3c01373
Información de la revista: Sensores ACS
Proporcionado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía del NIST. Lea la historia original aquí.
