Los investigadores están comenzando a comprender el comportamiento de las llamadas partículas "activas", cuales, si se puede controlar, tiene implicaciones potenciales para los sistemas de administración de medicamentos diseñados y la impresión 3-D inteligente, según un equipo de investigación interdisciplinario de Penn State.

Dirigido por Igor Aronson, Dorothy Foehr Huck y J. Lloyd Huck Catedrática de Ingeniería Biomédica, Química y Matemáticas, los investigadores publicaron sus nuevos hallazgos sobre partículas activas el 16 de noviembre en Sistemas inteligentes avanzados .

Típicamente, las partículas, que pueden ser biológicas pero, en este caso, son nanobarras cilíndricas de platino-oro, más pequeño que un glóbulo rojo a la mitad:fluye en líquido a través de un microcanal hacia una boquilla cónica. Una vez recogido allí, se pueden utilizar en la fabricación aditiva de objetos impresos en 3D o para administrar productos terapéuticos directamente a las células.

Cuando las partículas pueden consumir energía del medio ambiente y activarse, sin embargo, su comportamiento cambia, según Leonardo Domínguez Rubio, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en el laboratorio de Aronson.

Los investigadores dosificaron las nanovarillas con peróxido de hidrógeno, creando energía que las nanovarillas pueden aprovechar y convertir en movimiento mecánico.

"Estas partículas nadan, "Dijo Domínguez Rubio." Se autopropulsa. Eso los hace inteligentes. Si podemos controlar su posición y orientación, podemos explotar sus propiedades ".

Según Domínguez Rubio, si todas las partículas están alineadas en un material, entonces las propiedades mecánicas del material podrían exhibir una característica en una dirección y otra en una dirección diferente. El problema es comprender cómo controlar la alineación.

"Existe una importante investigación sobre el transporte de partículas pasivas de diversas formas, "Dijo Aronson." Durante los últimos cien años, la comunidad científica ha desarrollado una buena comprensión de cómo sucede esto. Podemos manipular partículas pasivas de manera confiable. Partículas activas, sin embargo, las partículas que nadan exhiben un comportamiento completamente diferente al que acabamos de comenzar a explorar ".

En contraste con las partículas pasivas que flotan hacia la boquilla cónica, permaneciendo paralelos al fondo del recipiente y espaciados algo uniformemente por toda la solución, las partículas activas de natación emergen en posición vertical y se inclinan contra la corriente. También se agrupan a lo largo de las paredes del recipiente y en la entrada de la boquilla.

"Los parámetros de flujo son diferentes, Domínguez Rubio dijo. "Necesitamos entenderlos para poder cuantificar y desarrollar un modelo para este comportamiento".

Domínguez Rubio explicó que una vez que los investigadores puedan comprender y manipular los parámetros de flujo, pueden empezar a aplicarlos. Ahora, sin embargo, él dijo, el problema es como intentar administrar un fármaco a un paciente. El médico quiere que el fármaco entre en el paciente, pero la droga se aleja nadando activamente de ser inyectada.

"En esta investigación, Descubrimos que el mecanismo de motilidad y autoorganización es mucho más complejo de lo que imaginamos al principio, "Dijo Aronson.

Los investigadores continuarán desarrollando un modelo para predecir el comportamiento de las partículas, así como experimentar cómo la forma de la boquilla afecta el movimiento de partículas activas a través de ella.