Inspirado en diminutas nanoestructuras en alas transparentes de mariposa, Los ingenieros de Caltech han desarrollado un análogo sintético para implantes oculares que los hace más efectivos y duraderos. Se publicó un artículo sobre la investigación en Nanotecnología de la naturaleza .

Las secciones de las alas de una mariposa de alas de cristal de cola larga son casi perfectamente transparentes. Hace tres años, El investigador postdoctoral de Caltech Radwanul Hasan Siddique, que en ese momento trabajaba en una disertación sobre una especie de alas de cristal en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania, descubrió la razón:las secciones transparentes de las alas están cubiertas de pilares diminutos, cada uno de unos 100 nanómetros de diámetro y separados unos 150 nanómetros. El tamaño de estos pilares, de 50 a 100 veces más pequeños que el ancho de un cabello humano, les confiere propiedades ópticas inusuales. Los pilares redirigen la luz que incide en las alas para que los rayos pasen sin importar el ángulo original en el que impactan en las alas. Como resultado, casi no hay reflejo de la luz de la superficie del ala.

En efecto, los pilares hacen que las alas sean más claras que si estuvieran hechas de vidrio simple.

Esa propiedad de redireccionamiento, conocido como antirreflejo independiente del ángulo, atrajo la atención de Hyuck Choo de Caltech. Durante los últimos años, Choo ha estado desarrollando un implante ocular que mejoraría el control de la presión intraocular en pacientes con glaucoma. El glaucoma es la segunda causa principal de ceguera en todo el mundo. Aunque todavía se está estudiando el mecanismo exacto por el cual la enfermedad daña la vista, la teoría principal sugiere que los picos repentinos en la presión dentro del ojo dañan el nervio óptico. La medicación puede reducir el aumento de la presión ocular y prevenir daños, pero, idealmente, debe tomarse ante los primeros signos de un aumento en la presión ocular.

"Ahora, La presión ocular generalmente se mide solo un par de veces al año en el consultorio de un médico. Los pacientes con glaucoma necesitan una forma de medir la presión ocular de forma fácil y regular. "dice Choo, profesor asistente de ingeniería eléctrica en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas e investigador del Heritage Medical Research Institute.

Choo ha desarrollado un implante ocular con forma de pequeño tambor, el ancho de algunos mechones de cabello. Cuando se inserta en un ojo, su superficie se flexiona con el aumento de la presión ocular, estrechando la profundidad de la cavidad dentro del tambor. Esa profundidad se puede medir con un lector de mano, dando una medida directa de cuánta presión está bajo el implante.

Una debilidad del implante, sin embargo, ha sido que para obtener una medición precisa, el lector óptico debe mantenerse casi perfectamente perpendicular, en un ángulo de 90 grados (más o menos 5 grados), con respecto a la superficie del implante. En otros ángulos, el lector da una medida incorrecta.

Y ahí es donde entran en escena las mariposas de alas de vidrio. Choo razonó que la propiedad óptica independiente del ángulo de los nanopilares de las mariposas podría usarse para garantizar que la luz siempre pase perpendicularmente a través del implante. haciendo que el implante sea insensible al ángulo y proporcionando una lectura precisa independientemente de cómo se sujete el lector.

Reclutó a Siddique para trabajar en su laboratorio, y los dos, trabajando junto con el estudiante graduado de Caltech Vinayak Narasimhan, descubrió una manera de tachonar el implante ocular con pilares aproximadamente del mismo tamaño y forma que los de las alas de la mariposa pero hechos de nitruro de silicio, un compuesto inerte que se utiliza a menudo en implantes médicos. Experimentando con varias configuraciones del tamaño y la ubicación de los pilares, los investigadores finalmente pudieron reducir tres veces el error en las lecturas de los implantes oculares.

"Las nanoestructuras desbloquean el potencial de este implante, lo que hace que sea práctico para los pacientes con glaucoma probar su propia presión ocular todos los días, "Choo dice.

La nueva superficie también confiere a los implantes un efecto duradero Propiedad antiincrustante no tóxica.

En el cuerpo, las células tienden a adherirse a la superficie de los implantes médicos y, tiempo extraordinario, chicle. Una forma de evitar este fenómeno, llamado bioincrustante, consiste en recubrir los implantes médicos con una sustancia química que desalienta la adhesión de las células. El problema es que dichos recubrimientos eventualmente se desgastan.

Los nanopilares creados por el equipo de Choo, sin embargo, trabajar de una manera diferente. A diferencia de los nanopilares de la mariposa, los nanopilares fabricados en laboratorio son extremadamente hidrófilos, lo que significa que atraen el agua. Debido a esto, el implante, una vez en el ojo pronto se envuelve en una capa de agua. Las células se deslizan en lugar de afianzarse.

"Las células se adhieren a un implante al unirse con proteínas que están adheridas a la superficie del implante. El agua, sin embargo, evita que esas proteínas establezcan una conexión fuerte en esta superficie, ", dice Narasimhan. Las primeras pruebas sugieren que el implante equipado con nanopilares reduce diez veces la contaminación biológica en comparación con los diseños anteriores, gracias a esta propiedad antiincrustante.

Ser capaz de evitar la bioincrustación es útil para cualquier implante independientemente de su ubicación en el cuerpo. El equipo planea explorar qué otros implantes médicos podrían beneficiarse de sus nuevas nanoestructuras, que puede producirse en masa a bajo costo.

El estudio se titula "Nanoestructuras biofotónicas multifuncionales inspiradas en alas de mariposa de ala de vidrio de cola larga para dispositivos médicos".