Un nuevo sencillo, y un método económico que utiliza luz ultravioleta para controlar el movimiento y el ensamblaje de las partículas dentro de los líquidos podría mejorar la administración de fármacos, sensores químicos, y bombas de fluidos. El método fomenta las partículas, desde microperlas de plástico, a las esporas bacterianas, a los contaminantes:para reunirse y organizarse en un lugar específico dentro de un líquido y, Si es deseado, para mudarse a nuevas ubicaciones. Aparece en la revista un artículo que describe el nuevo método Angewandte Chemie .

"Muchas aplicaciones relacionadas con sensores, entrega de medicamentos, y la nanotecnología requieren el control preciso del flujo de fluidos, "dijo Ayusman Sen, Profesor distinguido de química en Penn State y autor principal del artículo. "Los investigadores han desarrollado una serie de estrategias para hacerlo, incluyendo nanomotores y bombas de fluidos, pero antes de este estudio no teníamos una manera fácil de recolectar partículas en una ubicación particular para que puedan realizar una función útil y luego moverlas a una nueva ubicación para que puedan realizar la función nuevamente.

"Digamos, por ejemplo, que desea construir un sensor para detectar partículas de un contaminante, o esporas bacterianas en una muestra de agua, "dijo el Senador". Con este nuevo método, simplemente podemos agregar nanopartículas de oro o dióxido de titanio y hacer brillar una luz para estimular la acumulación de partículas contaminantes o esporas. Concentrándolos en un solo lugar, se vuelven más fáciles de detectar. Y como la luz es tan fácil de manipular, tenemos un alto grado de control ".

Así como las partículas contaminantes pueden acumularse en un lugar en particular, el método podría usarse para recolectar perlas de sílice o polímero que llevan una carga útil, como anticuerpos o drogas, en ubicaciones particulares dentro de un fluido.

El nuevo método primero implica agregar una pequeña cantidad de dióxido de titanio o nanopartículas de oro a un líquido, como el agua, que también contiene partículas más grandes de interés, como contaminantes o perlas que llevan una carga útil. Hacer brillar una luz en un punto específico del líquido calienta las diminutas nanopartículas de metal, y luego el calor se transfiere al fluido. Luego, el líquido más cálido sube en el punto de luz, al igual que el aire caliente se eleva en una habitación fría, y el agua más fría se precipita para llenar el espacio que acaba de dejar el agua caliente. trayendo consigo las partículas más grandes.

"Esto hace que las partículas más grandes se acumulen en el punto de luz ultravioleta, donde se forman muy compactos, estructuras bien organizadas llamadas cristales coloidales, "dijo Benjamin Tansi, estudiante de posgrado en química en Penn State y primer autor del artículo. "Cambiar la intensidad de la luz o la cantidad de dióxido de titanio o partículas de oro altera la rapidez con que ocurre este proceso".

Cuando se quita la luz, las partículas más grandes se difunden aleatoriamente a través del líquido. Pero si la luz se reubica en cambio, las partículas más grandes se mueven hacia el nuevo punto de luz, sobre todo manteniendo su estructura a medida que se mueven. Este montaje dinámico, desmontaje y el movimiento de partículas organizadas puede tener importantes implicaciones para la detección y la administración de fármacos.

"Este proceso es más eficaz cuando se utilizan nanopartículas de oro, pero queríamos encontrar una alternativa que fuera menos costosa y más accesible, ", dijo Tansi." Nos complació descubrir que este método también funciona con dióxido de titanio, una nanopartícula barata e inofensiva utilizada en cosméticos y como aditivo alimentario ".

Además del agua, los investigadores demostraron la eficacia de este método en hexadecano, un líquido orgánico.

"Las partículas generalmente no se ensamblan muy bien en ambientes salados o no acuosos porque todo se pega, "dijo el Senador". Pero aquí mostramos que las partículas se pueden ensamblar usando este método en hexadecano, lo que sugiere que podemos aplicar esta técnica en, por ejemplo, fluidos biológicos. Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración de bombeo de fluidos impulsado por luz en un medio orgánico ".

Los miembros del equipo de investigación de la Universidad de Pittsburgh dirigido por Anna Balazs utilizaron modelos matemáticos para describir la dinámica del sistema. Además de describir cómo se mueven las partículas en el sistema, los modelos confirman que solo se requiere un cambio menor en la temperatura (menos de un grado Celsius) de la luz ultravioleta para inducir el flujo de fluido.

El equipo de investigación está probando actualmente los límites de este método, por ejemplo, si las partículas pueden moverse cuesta arriba hacia la fuente de luz o si el método puede usarse para clasificar partículas por tamaño.

"Sabíamos que calentar nanopartículas de oro en suspensión podría crear un flujo de fluido, "dijo Tansi, "pero antes de este estudio nadie había mirado para ver si este tipo de flujos de fluidos impulsados ​​térmicamente podrían usarse para hacer algo útil. Debido a que la luz ultravioleta y el dióxido de titanio son tan fáciles de controlar, creemos que este método podría aprovecharse en varias tecnologías en el futuro. Por ejemplo, una bomba de fluido que se base en este método podría potencialmente reemplazar las bombas tradicionales voluminosas y más caras que requieren una fuente de energía o que dependen de movimientos magnéticos o mecánicos para funcionar ".