Las bacterias y otros microorganismos nadadores evolucionaron para prosperar en entornos desafiantes, y los investigadores luchan por imitar sus habilidades únicas para las tecnologías biomédicas, pero los desafíos de fabricación crearon un cuello de botella en la fabricación. Microscópico, Impreso en 3-D, tori (rosquillas) recubiertas con níquel y platino pueden cerrar la brecha entre los nadadores biológicos y sintéticos, según un equipo internacional de investigadores.

Estos micro nadadores imitan el comportamiento biológico y algún día podrían administrar medicamentos específicos o mezclar muestras en laboratorios en un chip, un dispositivo en miniatura que imita un laboratorio completo en un microchip.

"Estas rosquillas pueden eventualmente tener aplicaciones médicas como materiales activos, "dijo Igor Aronson, Profesor de la Cátedra Huck de Ingeniería Biomédica, Química y Matemáticas, Penn State.

Los materiales activos son aquellos que se mueven por sí mismos como bacterias o micro nadadores artificiales.

"Es muy difícil mezclar las cosas cuando se usa un laboratorio en un chip, "dijo Remmi Danae Baker, candidato a doctorado en ciencia e ingeniería de materiales, Penn State. "Estos microtori, porque son materiales activos y se mueven por sí mismos, podría usarse para ayudar en la micromezcla ".

Los investigadores fabrican estas rosquillas utilizando una máquina Nanoscribe Photonic Professional GT que permite la creación de los 3, Donas de 7 o 14 micrómetros con características impresas de hasta 200 nanómetros. La seda de araña tiene de 3 a 10 micrómetros de diámetro. Nanoscribe utiliza tecnología láser precisa y fotorresistencias especialmente diseñadas para lograrlo.

"Creamos dos diseños diferentes, horizontal y vertical, "dijo Baker." Los toros horizontales están impresos planos en el portaobjetos de vidrio de soporte, vidriado con níquel y luego platino. Los toros verticales se imprimen en 3-D en posición vertical y luego se sumergen en níquel y platino ".

Las rosquillas horizontales son perfectamente circulares y parecen rosquillas heladas, con la formación de hielo más espesa en la parte superior que en los lados. La versión vertical tiene un extremo plano para que representen la inmersión y solo se sumerjan hasta la mitad.

El níquel tiene dos propósitos. El platino no se adhiere a las microdonas de plástico, pero el níquel y el platino se adherirán al níquel. También, el níquel es magnético, para que los investigadores puedan manipular las rosquillas con campos magnéticos.

"Las celosías de las capas de níquel y platino combinan bastante bien, dijo Baker.

Los investigadores quieren que las rosquillas se comporten como organismos vivos:naden en el agua y respondan a las señales. Los seres vivos necesitan alimento o combustible para moverse. Para el experimento, los investigadores colocaron el microtori en una solución de peróxido de hidrógeno, cual era el combustible. El platino descompone el peróxido de hidrógeno y potencia la propulsión de las rosquillas.

"Originalmente, Se pensaba que un toro horizontal simplemente se levantaría del sustrato y flotaría, pero eso no pasa, "dijo Aronson." En lugar de levantarse hacia arriba, empiezan a dar propina, alcanzan un ángulo de 15 grados y luego nadan como un esquiador de agua ".

Mientras que los microtori horizontales se mueven en línea recta, Aronson señala que un toro vertical no se moverá en la dirección del campo magnético, pero a medida que aumenta el campo magnético, el toro crea bucles planos más grandes y grandes hasta que el movimiento se convierte en una línea recta.

Los investigadores informan hoy (30 de octubre) en Comunicaciones de la naturaleza que "Los toros también manipularon y transportaron a otros nadadores artificiales, nanobarras bimetálicas, así como partículas coloidales pasivas ". Las varillas bimetálicas son similares a las bacterias y este es el primer paso para manipular materia biológica como células y bacterias.

Los dos modos de micro donas se comportan de manera diferente al transportar partículas o material activo. Toros horizontales, las heladas como rosquillas, transportar activamente nanobarras bimetálicas.

Los investigadores encontraron una serie de comportamientos nuevos para estos micro nadadores impresos en 3D con energía química. Tanto sus enfoques experimentales como de modelado son aplicables a otros micro nadadores impulsados ​​por métodos alternativos al peróxido de hidrógeno. Para sistemas biológicos, Los micro nadadores pueden usar sistemas de propulsión biocompatibles como enzimas o luz.

Los investigadores señalan que "estos biocompatibles, Los micro nadadores impresos en 3D podrían interactuar y manipular la materia activa biológica, lo que conduciría al desarrollo de una terapia y transporte celular inteligente ".