Nanomáquinas microscópicamente diminutas que se mueven como submarinos con su propia propulsión, por ejemplo, en el cuerpo humano, donde transportan agentes activos y los liberan en un objetivo:lo que suena como ciencia ficción se ha convertido, en los últimos 20 años, en un crecimiento cada vez más rápido. campo de investigación. Sin embargo, la mayoría de las partículas desarrolladas hasta ahora solo funcionan en el laboratorio. La propulsión, por ejemplo, es un obstáculo. Algunas partículas deben recibir energía en forma de luz, otras utilizan propulsiones químicas que liberan sustancias tóxicas. Ninguno de estos puede ser considerado para ninguna aplicación en el cuerpo. Una solución al problema podría ser partículas propulsadas acústicamente. Johannes Voß y el Prof. Raphael Wittkowski del Instituto de Física Teórica y el Centro de Nanociencia Blanda de la Universidad de Münster (Alemania) ahora han encontrado respuestas a preguntas centrales que anteriormente se interponían en el camino de aplicar la propulsión acústica. Los resultados han sido publicados en la revista ACS Nano .

Las ondas ultrasónicas viajeras son adecuadas para la propulsión 

El ultrasonido se usa en nanomáquinas propulsadas acústicamente, ya que es bastante seguro para aplicaciones en el cuerpo. El autor principal, Johannes Voß, resume la investigación realizada hasta el momento de la siguiente manera:"Hay muchas publicaciones que describen experimentos. Sin embargo, las partículas en estos experimentos casi siempre estuvieron expuestas a una onda de ultrasonido estacionaria. Es cierto que esto hace que los experimentos sean considerablemente más simples, pero al mismo tiempo, hace que los resultados sean menos significativos con respecto a las posibles aplicaciones, porque en ese caso se utilizarían ondas ultrasónicas viajeras". Esto se debe al hecho de que las ondas estacionarias se producen cuando las ondas que viajan en direcciones opuestas se superponen entre sí.

Lo que los investigadores tampoco tuvieron en cuenta previamente es que en las aplicaciones las partículas pueden moverse en cualquier dirección. Así, dejaron de lado la cuestión de si la propulsión depende de la orientación de las partículas. En cambio, solo observaron partículas alineadas perpendicularmente a la onda de ultrasonido. Ahora, por primera vez, el equipo de investigadores de Münster estudió los efectos de la orientación utilizando elaboradas simulaciones por computadora.

Llegaron a la conclusión de que la propulsión de las nanopartículas depende de su orientación. Al mismo tiempo, el mecanismo de propulsión acústica en las ondas ultrasónicas que viajan funciona tan bien para todas las orientaciones de las partículas, es decir, no solo exactamente perpendiculares a la onda de ultrasonido, sino que estas partículas realmente se pueden usar para aplicaciones biomédicas. Otro aspecto que examinaron los físicos de Münster fue la propulsión que exhibían las partículas cuando se exponían a ultrasonido procedente de todas las direcciones (es decir, "ultrasonido isotrópico").

Una base para el paso hacia la aplicación

"Our results showed how the particles will behave in applications and that the propulsion has the right properties for the particles to actually be used in these applications," Johannes Voß concludes. As Raphael Wittkowski adds, "We have revealed important properties of acoustically propelled nanoparticles which had not previously been studied, but which need to be understood to enable the step to be made from basic research to the planned applications involving the particles."

The two Münster researchers examined conical particles, as they can move fast even at a low intensity of ultrasound—i.e. they have efficient propulsion—and also they can easily be produced in large numbers. The particles are almost one micrometer in size—almost a thousand nanometres. In comparison, a red blood cell has a diameter of around 7.7 micrometers. This means that the nanoparticles could move through the bloodstream without blocking up the finest blood vessels. "The particle size can be selected in line with what is needed in the particular application intended, and the propulsion mechanism also functions in the case of smaller and larger particles," Johannes Voß explains. "We simulated the particles in water, but the propulsion is also suitable for other fluids and for tissue."

By means of computer simulations, the team investigated systems and their properties which could not be studied in the many preceding experiments. Looking into the future, Raphael Wittkowski says, "An important step would be for experiment-based research to move on to looking at these systems." + Explora más

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