Las nanopartículas autopropulsadas podrían potencialmente hacer avanzar la administración de fármacos y los sistemas de laboratorio en un chip, pero son propensas a volverse rebeldes con movimientos aleatorios y sin dirección. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un método para controlar las partículas sintéticas.
Dirigido por Igor Aronson, profesor de Ingeniería Biomédica, Química y Matemáticas de Dorothy Foehr Huck y J. Lloyd Huck en Penn State, el equipo rediseñó las nanopartículas en forma de hélice para controlar mejor sus movimientos y aumentar su funcionalidad. Publicaron sus resultados en la revista Small. .
Debido a los desafíos de fabricación, la forma de las nanopartículas se ha limitado anteriormente a varillas y rosquillas, según Ashlee McGovern, estudiante de doctorado en química en Penn State y primera autora del artículo. Con una máquina de nanograbación que puede imprimir en 3D a nanoescala en el Instituto de Investigación de Materiales de Penn State, McGovern experimentó para optimizar la forma de las nanopartículas. Rediseñó la forma de las partículas hasta convertirlas en una hélice, que puede girar de manera eficiente cuando se activa mediante una reacción química o un campo magnético.
La forma de la hélice emplea quiralidad, similar a una escalera de caracol o de tornillo, donde la cara superior se refleja en la cara inferior.
"La forma predetermina cómo se moverá una partícula", dijo McGovern. "La quiralidad, o lateralidad, como característica de diseño no se ha utilizado lo suficiente en la investigación de nanopartículas y es una forma de hacer que las partículas se muevan de maneras cada vez más complejas".
La forma quiral permite que las partículas se muevan en una dirección prescrita y, dependiendo de la inclinación de las aspas, giren en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj, impulsado por una reacción química entre los metales de las nanopartículas y el peróxido de hidrógeno.
Después de experimentar con diferentes números y ángulos de aletas, así como con diferentes grosores, los investigadores descubrieron que el uso de cuatro o más aletas con una inclinación de 20 grados y un grosor de 3,3 micrones permitía la mayor estabilidad. Con tres o menos aletas, las hélices presentan un movimiento incontrolado.
El mayor control permitió a los investigadores manipular las partículas para capturar y transportar partículas de carga de polímero.
"Usando un campo magnético, podemos dirigir las microhélices para cazar y recolectar partículas de carga", dijo McGovern. "Las nanopartículas con forma de varilla y donut de nuestro laboratorio recogerían carga accidentalmente, pero no de forma controlada".
Para controlar aún más los movimientos de las partículas, los investigadores manipularon la dirección de rotación de las microhélices.
"Con los flujos incorporados que crean las partículas, podemos controlar las interacciones entre partículas entre las dos hélices", dijo McGovern. "Cambiar la dirección de rotación de sentido antihorario a sentido horario y viceversa permite que dos hélices se atraigan o se repelan entre sí".
Aronson, que dirige el Laboratorio de Biomateriales Activos en el que trabaja McGovern, destacó el alcance futuro de esta investigación.
"Utilizando respuestas mecánicas, magnéticas y químicas personalizadas, podemos ejercer más control que nunca sobre estas nanopartículas", dijo Aronson. "En el futuro, podremos aprovechar este control para aplicar esta tecnología a conceptos de diseño para dispositivos a microescala o microrobótica".
Más información: Ashlee D. McGovern et al, Microhélices quirales multifuncionales accionadas químicamente para transporte y manipulación de carga, pequeñas (2023). DOI:10.1002/smll.202304773
Información de la revista: Pequeño
Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania
