En las ciencias de la vida, los investigadores están trabajando para inyectar drogas y otras moléculas utilizando pequeños vehículos de transporte. Investigadores de la Universidad de Saarland y la Universidad de Barcelona han demostrado en un sistema modelo que pequeñas gotas de emulsión se pueden utilizar como portadores inteligentes. Han desarrollado un método para producir gotitas de líquido autopropulsadas capaces de proporcionar una entrega controlada espacial y temporalmente de una carga molecular. El estudio fue publicado en Física de las comunicaciones .

"El uso de gotitas como microportadores en biomedicina, por ejemplo, es un objetivo que se persigue desde hace algún tiempo, "dice Ralf Seemann, profesor de física experimental en la Universidad de Saarland. Sin embargo, estas gotas solo podían moverse pasivamente a través del cuerpo, por ejemplo, a través del torrente sanguíneo. Para su estudio actual sobre "micro nadadores activos, "Los físicos de Saarbrücken experimentaron con un sistema modelo que se desarrolló a partir de gotas de emulsión monofásica en las llamadas gotas de Janus. Los investigadores encontraron que pueden moverse activamente y también actuar como un portador" inteligente "para transportar y depositar una carga.

Las gotas de Janus constan de dos partes:una gota principal rica en agua y una gota posterior rica en etanol y tensioactivo. La causa de las habilidades especiales de las gotas de Janus radica en su formación:atraviesan un total de tres etapas de desarrollo en las que ocurren diferentes interacciones con el medio ambiente. Los investigadores pudieron utilizar estos pasos de desarrollo para "programar" las gotas como portadores activos.

"El punto de partida son las gotas homogéneas, que se producen a partir de una mezcla de agua y etanol. Estas gotitas nadan en una fase oleosa en la que se disuelve un tensioactivo, "explica Jean-Baptiste Fleury, un líder de grupo en el departamento. En la primera fase de desarrollo, el etanol sale de la gota y se disuelve en la fase oleosa circundante. Esto da como resultado diferentes tensiones en la superficie de las gotas, que provocan el llamado flujo de Marangoni tanto en la superficie como en la gota.

"Con el efecto Marangoni, los líquidos migran de una región de baja tensión superficial a una región de alta tensión superficial, "explica Martin Brinkmann, quien también forma parte del equipo de investigación. "Durante la primera etapa, el flujo de Marangoni empuja la partícula hacia adelante, un movimiento activo causado por la pérdida continua de etanol en la fase oleosa ".

Al mismo tiempo, los tensioactivos de la fase oleosa migran a la gota porque quieren rodearse preferentemente del etanol que contiene. Finalmente, el agua y el etanol se segregan y en la gota se forman pequeñas gotas de una mezcla de etanol-tensioactivo, que se fusionan rápidamente, y debido al flujo dentro de la gota, se acumulan en la parte trasera. Al final de la etapa dos, se ha formado una gota característica de Janus. En la siguiente tercera etapa, los tensioactivos en la superficie de la gota rica en agua son atraídos por la parte trasera, gota rica en etanol, y se aumenta la tensión superficial en la parte trasera de la superficie. Este gradiente hace que el líquido en la superficie de la gota frontal fluya en la dirección de la tensión superficial más alta, y así pone en movimiento toda la gota de Jano. "En el transcurso de su formación, las gotitas de Janus exhiben mecanismos impulsores específicos; es más, dan lugar a diferentes campos de flujo en las respectivas etapas, "dice el Dr. Brinkmann.

Los investigadores de Saarbrücken han explorado con precisión el movimiento de estas gotas de Janus. "Podemos observar cómo se mueven en la célula experimental durante su desarrollo, que dura entre 10 y 15 minutos, y cómo interactúan de manera diferente con los obstáculos, dependiendo de su etapa de evolución, "explica el Dr. Fleury. La duración de las etapas individuales de desarrollo se puede controlar mediante la concentración inicial de etanol en la gota y su tamaño. Para probar sus capacidades como portadores, las gotas en el experimento también se cargaron con moléculas de ADN como carga, que se acumulan en la fase rica en etanol.

"Nuestro transportista puede caminar selectivamente a lo largo de obstáculos de una geometría y condición de superficie específicas y también entregar su carga de manera específica, "dice el profesor Seemann, resumiendo los resultados de su grupo de trabajo. Por lo tanto, el estudio describe un primer pero sencillo ejemplo de un transportista activo programable capaz de realizar entregas de carga controladas espacial y temporalmente.