Investigadores de ETH Zurich han desarrollado válvulas diminutas que permiten separar y clasificar nanopartículas individuales en líquidos. Las válvulas se pueden usar para una gama muy amplia de partículas diminutas, incluidas nanopartículas de metales y semiconductores individuales, partículas de virus, liposomas y biomoléculas más grandescomo los anticuerpos.
Las nanoválvulas funcionan de manera diferente a las válvulas clásicas, que se utilizan para cerrar y abrir mecánicamente el flujo en tuberías, como en un grifo. "Estas válvulas mecánicas se pueden miniaturizar, pero no tanto como lo necesitaríamos para aplicaciones a nanoescala", explica ETH.profesor Poulikakos. "Si los canales son más delgados que unas pocas docenas de micrómetros, no pueden cerrarse y abrirse mecánicamente con regularidad".
cuello de botella con electrodos
Para abrir y cerrar el flujo de nanopartículas en canales ultrafinos, los científicos de ETH utilizaron fuerzas eléctricas. Trabajaron con canales grabados en un chip de silicio. Estos tenían un diámetro de solo 300 a 500 nanómetros, menos de una centésima parte.del diámetro de un cabello humano. Luego construyeron nanoválvulas en estos canales estrechando los canales en las ubicaciones deseadas de la válvula utilizando nanolitografía y colocando un electrodo en ambos lados de estos cuellos de botella.
Las nanopartículas en agua pura no pueden simplemente pasar a través del cuello de botella; para ellas, la válvula en su estado básico está cerrada. Activando el electrodo de formas particulares, el campo eléctrico en el cuello de botella puede cambiarse. Esto conduce a una fuerza que actúa sobrecualquier nanopartícula presente, que empuja las partículas a través del cuello de botella; así es como se "abre" la válvula.
Las nanopartículas en una solución salina, sin embargo, se comportan de manera diferente: pueden atravesar el cuello de botella en su estado básico; para ellas, la válvula está "abierta". Sin embargo, como los científicos pudieron demostrar que estas partículas se pueden detener en elelectrodos mediante una hábil aplicación de campos eléctricos alternos. De esta forma, por ejemplo, se pueden manipular fácilmente partículas biológicas como virus, liposomas y anticuerpos que suelen estar presentes en los fluidos salinos tanto en la naturaleza como en el laboratorio.
Control de nanopartículas vibratorias
"Es fundamentalmente difícil examinar nanopartículas individuales en un líquido, porque el movimiento browniano actúa en la nanoescala", explica Hadi Eghlidi, científico principal del grupo de Poulikakos. Las pequeñas partículas no permanecen quietas, sino que vibran constantemente, con un movimientoradio que es muchas veces su diámetro. "Sin embargo, podemos capturar las moléculas en un pequeño espacio entre dos o más válvulas y luego examinarlas bajo un microscopio, por ejemplo".
Como parte de una prueba de concepto, los científicos prepararon un bloqueo de clasificación y aislamiento con una unión y tres válvulas en un chip de silicio ver imagen de arriba. Se puede capturar y examinar una nanopartícula individual en la unión. Las válvulas pueden luegocontrolarse para que la partícula salga del sistema a través de uno de los dos canales de salida, lo que permite clasificar las nanopartículas en un líquido en dos clases. Junto con colegas de la Universidad de Zúrich, los investigadores de la ETH lograron utilizar el sistema para manipular diminutas nanopartículas semiconductoraspuntos cuánticos y anticuerpos, ambos con un diámetro de solo 10 nanómetros.
aplicaciones de laboratorio en un chip
Como enfatizan los científicos, en principio es posible organizar un sistema de nanocanales complejo con cualquier número de válvulas controlables en un chip de silicio ". Al ajustar el campo eléctrico en los electrodos, en el futuro podría ser posibleusar las válvulas como filtro, dejando pasar partículas con propiedades físicas particulares mientras bloquean otras ", dice Christian Höller, estudiante de doctorado en el grupo de Poulikakos.
A los científicos ahora les gustaría desarrollar aún más la tecnología junto con los socios para que esté lista para el uso estándar en la investigación. Dado que permite clasificar las partículas en un chip pequeño, por ejemplo, podría ser de interés en la ciencia de los materiales., química o biomedicina. También puede ser posible utilizar esta técnica para aislar partículas sintéticas o biológicas para examinarlas microscópicamente o analizarlas bajo la influencia de fármacos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :