La manipulación versátil de gotas en diferentes escalas es muy prometedora en diversos campos, particularmente en la química de precisión y el diagnóstico biomédico. Desde un punto de vista práctico, las técnicas efectivas de manipulación de gotas requieren una integración multifuncional y aplicabilidad en varias escalas.
La excitación magnética ha obtenido una adopción generalizada en el campo de la manipulación de gotas debido a sus ventajas, como la controlabilidad remota, la biocompatibilidad, la insensibilidad a factores ambientales como la carga del sustrato y la excelente transparencia. Sin embargo, ampliar las capacidades de manipulación de gotas con respuesta magnética y ampliar las diversas funcionalidades desde escalas de microlitros a nanolitros siguen siendo desafíos formidables.
En respuesta a este desafío, el profesor Hu Yanlei y su equipo de investigación del Laboratorio de Micro/Nano Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con otros investigadores, desarrollaron un Robot de origami Janus accionado magnéticamente que utiliza técnicas de nanofabricación con láser de femtosegundo.
Este robot permite la integración efectiva de diversas funcionalidades de manipulación de gotas, incluido el transporte de gotas tridimensionales, la fusión, la división, la dosificación precisa y la liberación bajo demanda de gotas hijas, así como la agitación y el calentamiento remoto.
Además, esta estrategia de manipulación muestra una estabilidad notable y permite la manipulación de gotas que abarcan volúmenes desde aproximadamente 3,2 nanolitros hasta aproximadamente 51,14 microlitros. Los resultados de esta investigación, titulada "Robot de origami magnético Janus para omnimanipulación de gotas a escala cruzada", se han publicado en Nature Communications. .
Las superficies superior e inferior del robot de origami Janus bicapa con respuesta magnética exhiben distintas propiedades humectantes. La superficie superior del robot está en un estado superhidrófobo con baja adhesión de gotas, mientras que la superficie inferior es hidrofóbica con alta adhesión de gotas.
Simultáneamente, se diseñan dos pliegues en la superficie superior del robot para facilitar la envoltura espontánea de las gotas bajo fuerzas capilares al contacto. El perfil general, los pliegues y las estructuras micro/nanofuncionales de la superficie del robot se fabrican y modifican mediante escaneo láser de femtosegundo.
Impulsado por un campo magnético, el robot se acerca activamente y encapsula las gotas de agua rodando, lo que permite el transporte controlado de las gotas. Además, el robot de origami Janus bicapa con respuesta magnética puede distribuir gotas hijas de gotas más grandes mediante enrollado y plegado dirigidos.
Al controlar la intensidad del campo magnético, las gotitas hijas distribuidas pueden extruirse del robot. Aprovechando su exterior superhidrófobo especialmente diseñado, el robot empuja suavemente las gotas para una liberación y separación controladas. El robot también puede girar bajo la influencia del campo magnético, logrando una mezcla controlada de líquidos y, en combinación con sus propiedades fototérmicas, permitiendo el calentamiento remoto.
Los robots de origami Janus con respuesta magnética se han desarrollado para permitir una manipulación versátil de gotas a escala cruzada, ofreciendo características similares a los agitadores magnéticos comerciales. Más allá de la rápida mezcla de agua, estos robots exhiben la capacidad de mezclar eficazmente líquidos de alta viscosidad como el glicerol a través de sus funciones de calentamiento y agitación, alcanzando temperaturas superiores a los 80 °C.
Aprovechando sus diversas capacidades de manipulación de gotas, los robots de origami Janus con respuesta magnética integran a la perfección varias funcionalidades de manipulación de gotas para lograr objetivos de manipulación continua de gotas. Por ejemplo, los robots se acercan de forma autónoma a las gotas de agua mediante movimientos rodantes, dispensan volúmenes específicos de gotas hijas, transportan estas gotas hijas dispensadas para fusionarlas con otras gotas y, finalmente, facilitan la mezcla rápida de gotas de diferentes componentes mediante agitación. Esta integración multifuncional de manipulación de gotas se extiende perfectamente a la escala de nanolitros.
En una demostración de prueba de concepto, los robots, tras modificaciones en la superficie, lograron con éxito la extracción y purificación de ácidos nucleicos.
En resumen, los robots de origami Janus con respuesta magnética permiten la manipulación de gotas a escala cruzada, lo que tiene implicaciones significativas para la administración precisa de reactivos, el modelado de microgotas y las reacciones rápidas de microgotas en diversos campos, como la ingeniería química fina, el diagnóstico médico y las tecnologías de microfluidos.
Más información: Shaojun Jiang et al, robot de origami magnético Janus para omnimanipulación de gotas a escala cruzada, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41092-1
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China
