¿Qué están haciendo esas pequeñas esferas mientras se mueven por ese tobogán? Están haciendo la braza.
Los científicos de la Universidad de Rice han descubierto lo que puede ser la forma más simple de locomoción en los viajes de partículas de escala micrométrica unidas e impulsadas por un campo magnético
En el laboratorio de Rice de la ingeniera química y biomolecular Sibani Lisa Biswal, los investigadores colocaron esferas magnetizadas de diferentes tamaños en una solución. Cuando se someten a un "campo magnético excéntrico", las esferas se autoensamblan y las esferas más pequeñas, unidas por bisagras virtuales, trazaron órbitas aproximadas a un lado de sus socios más grandes.
En esencia, las pequeñas cuentas replicaron el movimiento de un nadador con un solo brazo que realiza la braza. Los investigadores descubrieron que podían manipular el campo magnético para dirigir a los nadadores a través del fluido a casi una micra por minuto. La capacidad podría eventualmente hacerlos adecuadoscomo vehículos de administración de fármacos.
El fenómeno es el tema de un artículo en la revista Royal Society of Chemistry Materia blanda .
"Recientemente ha habido un gran interés en la materia activa y los sistemas que muestran un comportamiento colectivo", dijo Biswal. "Estamos acostumbrados a ver esto en la forma en que las aves se agrupan en bandadas o enjambres de bacterias, pero ahora podemos verlo en materiales sintéticosque también muestran la capacidad de acoplarse entre sí.
"Los campos magnéticos han surgido como una forma de poder impulsar partículas para hacer algunas cosas interesantes", dijo.
El alumno de Rice y autor principal, Di Daniel Du, descubrió a los nadadores mientras estudiaba cómo las partículas coloidales paramagnéticas responden a un campo magnético giratorio, el tema de varios artículos recientes del laboratorio de Biswal.
"Un día me di cuenta de que algunos de ellos nadan", dijo Du. "Estaba muy interesado en esto, así que miré este fenómeno de locomoción específico con un número de Reynolds bajo". Un número de Reynolds cuantifica cómo se mueven los objetos en los fluidos en relación consu viscosidad, dijo. "Entonces, si ves nadar, significa que algo está sucediendo.
"Descubrimos que bajo algunas circunstancias, especialmente bajo un campo magnético excéntrico, estas partículas se autoensamblan en un nadador y se convierte en motivo", dijo Du.
Excéntrico significa que el punto focal del campo magnético giratorio no es el centro de un coloide, sino que se mueve alrededor de su circunferencia. En sus experimentos, los investigadores descubrieron que podían controlar la órbita de la partícula pequeña alterando la fuente de alimentación de cuatro electroimanes controlados por computadora.que rodean la solución.
Las partículas están unidas solo por el campo magnético, lo que le da a la más pequeña libertad para moverse en un movimiento similar al de un nado con una brazada de conducción larga y una brazada de retorno corta. Los investigadores lo llamaron braza porque, al igual que para los nadadores humanos, lael trazo no requiere que rompa la superficie de la solución.
Para mantener el tema, Du llamó a las partículas grandes "torsos" y a las pequeñas "brazos". La capacidad de los nadadores para moverse le permitió afirmar que eran incluso más simples que los "nadadores más simples posibles" diseñados por el premio Nobel Edward.Purcell. Purcell diseñó dispositivos teóricos de tres varillas rígidas conectadas por dos bisagras, cada una de las cuales representa un grado de libertad, y consideró que eran la configuración más simple para un dispositivo que pudiera nadar "si mueves las bisagras de una manera específica", dijo Dudicho.
"Pero el nuestro es en realidad más simple", dijo, "ya que disminuí el número de componentes rígidos del prototipo de Purcell".
Du dijo que los experimentos y simulaciones mostraron que los nadadores con múltiples torsos y brazos podían ser controlados, aunque su velocidad variaba dependiendo de la fuerza del campo y, en las simulaciones, del movimiento browniano, el empuje y tirón omnipresente y aleatorio de las moléculas.en gases y líquidos.
En pruebas con nadadores de partículas múltiples, dijo Du, algunos brazos se alejarían un poco más del torso que otros. Debido a que esta "fragmentación del brazo" influyó en la velocidad del nadador, ayudó a Du a cambiar las teorías sobre cómo las partículas responden al movimiento browniano..
"Solo cuando hay un movimiento browniano vemos esta fragmentación", dijo. "Con el movimiento browniano, nuestras simulaciones coinciden con los resultados experimentales; a veces, la fragmentación lleva a los nadadores a nadar más lento y, a veces, más rápido. Sin el movimiento browniano, hay una gran diferencia".. "
Estudios previos sobre el "teorema de la vieira" demostraron que el movimiento browniano puede influir en el movimiento de las cosas con movimiento recíproco, como una vieira que simplemente se abre y se cierra sin propulsarse, pero que aún se mueve al azar. Los brazos de los nadadores de Du se mueven de manera no recíproca.- la carrera de conducción es más larga que la carrera de retorno, pero mostró que su velocidad también está influenciada por el movimiento browniano.
Du dijo que será posible unir ligandos o proteínas a las partículas grandes para su entrega a las células u otras ubicaciones biológicas, y todo el vehículo podría moverse con dos bobinas magnéticas en ángulos de 90 grados.
"De esa manera, los nadadores podrían servir como micro-robots", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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