Manipulación muy suave, artículos delicados sin dañarlos es lo suficientemente difícil con manos humanas, y mucho menos hacerlo a escala microscópica con instrumentos de laboratorio. Tres nuevos estudios muestran cómo los científicos han perfeccionado una técnica para manejar pequeños, partículas suaves que utilizan flujos de fluidos controlados con precisión que actúan como suaves manos microscópicas. La técnica permite a los investigadores probar los límites físicos de estas partículas suaves y las cosas hechas con ellas, desde tejidos biológicos hasta suavizantes de telas.

Los tres estudios, dirigido por Charles Schroeder de la Universidad de Illinois, el becario de la facultad Ray y Beverly Mentzer de ingeniería química y biomolecular, detallar la tecnología y la aplicación de la trampa de Stokes, un método para manipular partículas pequeñas utilizando solo flujo de fluido. En el estudio más reciente, publicado en la revista Materia blanda , El equipo utilizó la trampa de Stokes para estudiar la dinámica de las vesículas:partículas blandas llenas de líquido que son versiones reducidas de células y tienen relevancia directa para los sistemas biológicos. dijeron los investigadores. Esto da seguimiento a dos estudios recientes en las revistas Fluidos de revisión física y Revisión física aplicada que expandió el poder del método de captura.

"Hay varias otras técnicas disponibles para manipular partículas pequeñas, como el método de trampa óptica ampliamente utilizado y ganador del Premio Nobel que utiliza láseres cuidadosamente alineados para capturar partículas, "dijo Dinesh Kumar, estudiante de posgrado en ingeniería química y biomolecular y autor principal de dos de los estudios. "La trampa de Stokes ofrece varias ventajas sobre otros métodos, incluida la facilidad de escalado para estudiar múltiples partículas y la capacidad de controlar la orientación y las trayectorias de partículas de diferentes formas, como varillas o esferas ".

Armados con la tecnología mejorada de trampas de Stokes, el equipo se propuso comprender la dinámica de las vesículas lipídicas cuando están lejos de su estado de equilibrio normal.

"Queríamos comprender qué les sucede a estas partículas cuando se tiran de ellas con un flujo fuerte, ", Dijo Schroeder." En aplicaciones del mundo real, estos materiales se estiran cuando interactúan entre sí; son procesados, inyectados y sometidos constantemente a tensiones que conducen a la deformación. La forma en que actúan cuando se deforman tiene importantes implicaciones en su uso, estabilidad y procesabilidad a largo plazo ".

"Descubrimos que cuando las vesículas se deforman en un flujo fuerte, se estiran en una de tres formas distintas:mancuerna simétrica, forma asimétrica de mancuerna o elipsoide, "Dijo Kumar." Observamos que estas transiciones de forma son independientes de la diferencia de viscosidad de los fluidos entre el interior y el exterior de la vesícula. Esto demuestra que la trampa de Stokes es una forma eficaz de medir la dinámica de estiramiento de materiales blandos en solución y lejos del equilibrio ".

Con sus nuevos datos, el equipo pudo producir un diagrama de fases que los investigadores pueden utilizar para determinar cómo ciertos tipos de flujo de fluido influirán en la deformación y, por último, las propiedades físicas de las partículas blandas cuando se tiran desde diferentes direcciones de flujo.

"Por ejemplo, los productos como los suavizantes de telas, que se componen de suspensiones de vesículas, no funcionan correctamente cuando se agrupan, "Dijo Kumar." Usando la trampa de Stokes, podemos averiguar qué tipos de interacciones de partículas hacen que las vesículas se agreguen y luego diseñar un material de mejor rendimiento ".

Actualmente, la técnica está limitada por el tamaño de las partículas que la trampa Stokes puede atrapar y manipular. dijeron los investigadores. Están trabajando con partículas que generalmente tienen más de 100 nanómetros de diámetro, pero para que esta tecnología se aplique más directamente a los sistemas biológicos, deberán ser capaces de atrapar partículas de entre 10 y 20 nanómetros de diámetro, o incluso de una sola proteína.

El equipo está trabajando actualmente para capturar partículas más pequeñas y colaborando con colegas de la Universidad de Stanford para aplicar la trampa de Stokes para estudiar las proteínas de la membrana.