En la línea: Observando cómo se ponen en forma las nanopartículas

El nuevo método podría impulsar aplicaciones de próxima generación en medicina, cosmética y recuperación de petróleo

26.02.2021 - Estados Unidos

Las estructuras líquidas -gotas de líquido que mantienen una forma específica- son útiles para una gran variedad de aplicaciones, desde el procesamiento de alimentos hasta la cosmética, la medicina e incluso la extracción de petróleo, pero los investigadores aún no han aprovechado todo el potencial de estos nuevos materiales porque no se sabe mucho sobre cómo se forman.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por el Laboratorio de Berkeley ha captado en tiempo real vídeos de alta resolución de estructuras líquidas que toman forma a medida que los tensioactivos de nanopartículas (NPS) -partículas parecidas al jabón con un tamaño de apenas milmillonésimas de metro- se aglutinan, una al lado de la otra, para formar una capa de aspecto sólido en la interfaz entre el aceite y el agua.

Sus descubrimientos, que acaban de aparecer en la portada de Science Advances, podrían ayudar a los investigadores a optimizar mejor las estructuras líquidas para avanzar en nuevas aplicaciones biomédicas como la microfluídica reconfigurable para el descubrimiento de fármacos y la robótica totalmente líquida para la administración selectiva de medicamentos contra el cáncer, entre otras.

En los experimentos dirigidos por el coautor Paul Ashby, científico de la División de Fundición Molecular y Ciencias de los Materiales del Laboratorio de Berkeley, y Yu Chai, antiguo investigador postdoctoral del grupo de Ashby que ahora es profesor adjunto en la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, los investigadores utilizaron una técnica especial de obtención de imágenes llamada microscopía de fuerza atómica (AFM) para tomar las primeras películas en tiempo real de los NPS aglomerándose y atascándose en la interfaz aceite-agua, un paso crítico para fijar un líquido en una forma específica.

Las películas de los investigadores revelaron un retrato de la interfaz de las NPS con un detalle sin precedentes, incluyendo el tamaño de cada NPS, si la interfaz estaba compuesta por una o varias capas, y cuánto tiempo transcurrió, hasta el segundo, para que cada NPS se adhiriera y se asentara en la interfaz.

Las espectaculares imágenes de AFM también mostraron el ángulo en el que un NPS se "asienta" en la interfaz, un resultado inesperado. "Nos sorprendió lo ásperas que son las interfaces", dijo Ashby. "Siempre habíamos dibujado ilustraciones de una interfaz uniforme con nanopartículas adheridas al mismo ángulo de contacto - pero en nuestro estudio actual, encontramos que en realidad hay mucha variación".

La mayoría de las herramientas de obtención de imágenes a nanoescala sólo pueden investigar muestras inmóviles que estén secas o congeladas. En las últimas dos décadas, Ashby ha centrado su investigación en el desarrollo de capacidades únicas de AFM que permiten al usuario controlar la punta de la sonda para que interactúe suavemente con muestras que se mueven rápidamente, como las NPS del estudio actual, sin tocar el líquido subyacente, una hazaña difícil.

"La obtención de imágenes de una estructura líquida a escala nanométrica y la observación del movimiento de las nanopartículas en el líquido en tiempo real mediante una sonda de AFM no serían posibles sin la amplia experiencia de Paul", afirma el coautor Thomas Russell, científico visitante y profesor de ciencia e ingeniería de polímeros de la Universidad de Massachusetts que dirige el programa Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids (Ensamblajes Interfaciales Adaptativos para la Estructuración de Líquidos) de la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio de Berkeley. "Este tipo de capacidades no están disponibles en ningún otro lugar excepto en la Fundición Molecular".

Los investigadores planean estudiar a continuación el efecto de las partículas autopropulsadas en las estructuras líquidas NPS.

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