Increible, micropartículas pueden ser manipuladas usando ultrasonidos

Por Ana Díaz VN |

(Last Updated On: marzo 10, 2018)

Publicado a las 12:39 PM CST en Oct 20,2017 | Actualizado a las 12:39 PM CST en Oct 20,2017


La manipulación precisa y reproducible de objetos de escala microscópica biológicos y sintéticos en entornos complejos es esencial para muchas aplicaciones funcionales como el biochip y los microfluidos . Esta manipulación automatizada de micropartículas requiere nuevos métodos que ofrecen una operación sencilla, no específica y duradera.

Hasta la fecha, los métodos de manipulación comúnmente utilizados se basan en el uso de pinzas ópticas, campos magnéticos externos, fuerzas electrocinéticas, flujos hidrodinámicos y ondas acústicas superficiales. Aunque estos métodos son bastante útiles para aplicaciones específicas, adolecen de problemas muy importantes que justifican la adopción de otras alternativas.

Los investigadores de la UC San Diego han desarrollado un nuevo método basado en ultrasonido para guiar las micropartículas de manera autónoma y reproducible, junto con características topográficas de ingeniería – algo así como un sistema de autopistas automatizadas para micropartículas. Informan de sus conclusiones en ACS Applied Materials & Interfaces

La velocidad y la orientación de las micropartículas viajeras pueden ser fácilmente moduladas cambiando el campo de ultrasonido aplicado. Aunque los métodos anteriores han utilizado vórtices de flujo para mover o atrapar partículas, no disponen de la suficiente habilidad para poder trasladar cualquier objeto en recorridos fijos, pero lo trasladan todo a grandes cantidades.

“El principio de trabajo se basa en las fuerzas localizadas de micro flujo localizadas inducidas por ultrasonido generadas alrededor de microestructuras sólidas de ingeniería, que son capaces de atrapar microobjetos cercanos y guiarlos a lo largo de la estructura topográfica”, dice Fernando Soto, un estudiante de doctorado en nanoingeniería en el laboratorio de Joseph Wang en la UC San Diego, a Nanowerk. “Nuestro método puede ser usado para manipular un solo microobjeto alrededor de rasgos topográficos simples, como una estructura de postes; así como para la manipulación colectiva de múltiples objetos que se mueven sincronizadamente a lo largo de complejos caminos, como una estructura de laberintos.

Esta técnica puede incluso ser utilizada para guiar células vivas (células cancerosas y glóbulos rojos) a través de laberintos. Estas celdas pueden ser guiadas y maniobradas alrededor de las complejas características topográficas presentadas en la estructura del laberinto, incluyendo pero no limitándose a esquinas de 90° (I), líneas rectas (II), cambios de línea sobre paredes no conectadas (III) y giros de 180° (IV) – al igual que la operación común que usted encontraría en la carretera mientras conduce (I-IV se refiere a la figura de abajo).

Guía topográfica automatizada de partículas coloidales a través de complejas estructuras de laberintos bajo manipulación acústica microrrelajante. (Foto: Fernando Soto, UCSD)

Este método puede ser utilizado para muchas aplicaciones prácticas de biochip y microfluídicas. El logro más importante del trabajo del equipo de UCSD es que desarrollaron un sistema de navegación autónomo para el nano/micromundo – uno que no requiere retroalimentación externa, modificación de partículas o ajuste de los parámetros operativos.

“Además, creemos que este método podría ser utilizado para el diseño de fábricas de microensamblado, moviendo diferentes partes de las líneas de producción a través de las características topográficas, y finalmente, este método podría ser utilizado para manipular muestras biológicas sin necesidad de sistemas microfluidos y bombeo relacionado”.

 

Imágenes reales de una micropartícula navegando a través de un laberinto con ondas sonoras. (Vídeo: Fernando Soto, UCSD)

Yendo hacia adelante, el equipo está buscando superar los límites de este método de manipulación. Ya han demostrado que pueden manipular partículas independientemente de su forma; ahora están analizando parámetros que podrían ayudarles a diferenciar entre partículas con diferentes propiedades.
También están probando nuevos diseños topográficos, ya que cada patrón puede producir comportamientos diferentes. El objetivo final es tener micropartículas autocontroladas.


Fuentes & Referencias

nanowerk.comAcoustic microstreaming – using sound waves for microfluidic applications (w/video)

pubs.acs.orgTopographical manipulation of microparticles and cells with acoustic microstreaming

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