Los científicos del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado una técnica novedosa para encapsular gotas de líquido utilizadas para diversas aplicaciones, incluido el crecimiento de monocristales y el cultivo celular.

La técnica explota el efecto capilar (el ascenso de un líquido a través de un espacio estrecho) para recubrir las gotas en una capa compuesta que contiene partículas hidrófobas y amantes del aceite. Ofrece la posibilidad de ajustar el grosor de la cáscara en un amplio rango, lo que permite la encapsulación de gotas de diferentes tamaños. El estudio fue publicado en Nature Communications. .

Las gotitas son importantes en una variedad de campos. "En los microrreactores, las gotitas se pueden usar para crear diferentes entornos de reacción o mezclar diferentes productos químicos. En los sistemas de administración de medicamentos, las gotitas se pueden usar para administrar medicamentos u otros agentes a tejidos u órganos específicos. En estudios de cristalización, las gotitas se pueden usar para controlar la crecimiento de cristales. Y en las plataformas de cultivo celular, las gotas se pueden utilizar para cultivar células en un entorno controlado, lo que puede ayudar a mejorar la viabilidad y la proliferación celular", explica el investigador principal, Rutvik Lathia, Ph.D. estudiante del Centro de Nanociencia e Ingeniería (CeNSE), IISc.

Sin embargo, existen varios desafíos al utilizar tales gotas. Son vulnerables a la contaminación del entorno, la facilidad y el éxito de un proceso particular dependen en gran medida de la superficie sobre la que caen y pueden desaparecer en el aire bastante rápido.

Si bien encapsular gotas con líquidos o sólidos que no se mezclan con las gotas (como las gotas de agua dentro de una capa de aceite) es una solución plausible para evitar estos problemas, crear una capa que sea resistente, continua y que tenga un espesor ajustable a un tamaño súper pequeño. La escala ha resultado difícil de alcanzar hasta ahora.

Para abordar estos desafíos, Prosenjit Sen, profesor asociado de CeNSE, y su equipo han desarrollado un nuevo método de encubrimiento asistido por fuerza capilar para atrapar gotas dentro de partículas coloidales y superficies con infusión de líquido.

Primero, cubrieron cuidadosamente las gotas con pequeñas cuentas hidrófobas y amantes del aceite, convirtiéndolas en lo que llaman canicas líquidas (LM). Cuando estos LM se mantienen en superficies impregnadas de aceite, se activan fuerzas capilares, lo que permite que el aceite se eleve hacia pequeños poros creados entre perlas individuales. Estas perlas desempeñan un papel crucial en la promoción y estabilización de la formación de una película líquida alrededor de la gota, encapsulándola de manera efectiva. Los investigadores también pudieron utilizar cera en lugar de aceite para crear una cáscara sólida ajustando la temperatura.

Tal encapsulación redujo la tasa de evaporación de las gotas hasta 200 veces, aumentando la vida útil de estas gotas, descubrió el equipo. También pudieron ajustar el grosor de la carcasa de forma flexible en un amplio rango, desde 5 μm hasta 200 μm. Esto les permitió acomodar gotas con volúmenes que oscilaban entre 14 nL y 200 μL.

"Nuestro método de encapsular gotas presenta una multitud de nuevas oportunidades en el ámbito de las aplicaciones relacionadas con las gotas. La naturaleza ajustable de las capas, tanto sólidas como líquidas, permite un control preciso sobre varios parámetros, lo que lo hace versátil para aplicaciones en química, biología y ciencia de los materiales", afirma el senador

Los investigadores utilizaron estas gotitas recubiertas para hacer crecer cristales individuales con éxito. También podrían utilizar las gotitas recubiertas para aplicaciones biológicas como el cultivo celular en 3D y el cultivo de células de levadura en el laboratorio con mejores tasas de éxito.

"Hasta ahora somos capaces de fabricar cápsulas sólidas a base de cera y cápsulas líquidas a base de aceite", añade Sen. "Ahora, estamos buscando materiales más nuevos para formar cápsulas con diferentes propiedades que podrían mejorar aún más la capacidad de sintonización, como las cápsulas basadas en polímeros".

Más información: Rutvik Lathia et al, Encapsulación sintonizable de gotitas sésiles con cáscaras sólidas y líquidas, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41977-1

Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza

Proporcionado por el Instituto Indio de Ciencias