27.10.2021 - University of Toronto

Los revestimientos inspirados en la naturaleza podrían alimentar pequeños laboratorios de química para pruebas médicas y más

Los investigadores desarrollan un recubrimiento de polímero que permite transportar líquidos de baja tensión superficial a distancias 15 veces mayores que las actuales, sin perder nada del líquido

Un recubrimiento recién desarrollado que permite que ciertos líquidos se desplacen por las superficies sin pérdida de fluidos podría dar lugar a nuevos avances en diversos campos, como las pruebas médicas.

Este nuevo recubrimiento -creado en el laboratorio DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials), dirigido por el profesor de ingeniería de la Universidad de Toronto Kevin Golovin- se inspiró en el mundo natural.

"La naturaleza ya ha desarrollado estrategias para transportar líquidos a través de las superficies con el fin de sobrevivir", afirma Mohammad Soltani, investigador del Laboratorio DREAM y autor principal de un nuevo artículo publicado recientemente en Advanced Functional Materials.

"Nos inspiramos en el modelo estructural de materiales naturales como las hojas de cactus o la seda de araña. Nuestra nueva tecnología puede transportar direccionalmente no sólo gotas de agua, sino también líquidos de baja tensión superficial que se extienden fácilmente por la mayoría de las superficies."

La innovación tiene importantes implicaciones para la microfluídica, un campo en el que se transportan pequeñas cantidades de líquidos dentro de canales diminutos, a menudo de menos de un milímetro de ancho. Esta técnica tiene muchas aplicaciones, una de ellas la de miniaturizar las pruebas analíticas estándar que se realizan actualmente en los laboratorios químicos.

Al reducir la cantidad de muestras y reactivos necesarios, y automatizar los protocolos para trabajar con ellos, la microfluídica puede impulsar dispositivos "lab-on-a-chip" que ofrezcan pruebas médicas rápidas y económicas. Sus defensores esperan que esto pueda llevar a diagnosticar múltiples enfermedades en cuestión de minutos utilizando sólo una o dos gotas de sangre.

Pero los dispositivos microfluídicos actuales tienen una limitación clave: sólo pueden manejar eficazmente líquidos con alta tensión superficial, como el agua. Esta propiedad, también conocida como cohesión, significa que el líquido tiene una mayor tendencia a pegarse a sí mismo que a los lados del canal por el que se transporta.

Los líquidos con alta tensión superficial forman gotas discretas que pueden desplazarse de forma independiente, como las gotas de lluvia en el cristal de la ventana. La cohesión puede incluso aprovecharse para arrastrar las gotas de líquido a lo largo del canal mediante un proceso conocido como acción capilar.

En cambio, los líquidos de baja tensión superficial, como los alcoholes y otros disolventes, tienden a pegarse a los lados de los canales, y actualmente sólo pueden transportarse unos 10 milímetros antes de que la gota se desintegre. La acción capilar ya no se aplica, por lo que este transporte requiere una fuerza externa, como el magnetismo o el calor, para mover las gotas.

El nuevo recubrimiento permite transportar líquidos de baja tensión superficial a distancias de más de 150 milímetros sin que se pierda nada de líquido, unas 15 veces más de lo que es posible actualmente.

La tecnología utiliza dos revestimientos poliméricos de nuevo desarrollo, uno de los cuales es más repelente a los líquidos que el otro. Ambos están compuestos por cepillos de polímero de aspecto líquido. El revestimiento más repelente actúa como fondo, rodeando el revestimiento menos repelente y creando pequeños canales a lo largo de la superficie. Los canales permiten que los líquidos se muevan en el patrón o la dirección deseados sin perder nada de líquido durante el transporte ni requerir un aporte de energía adicional.

"Los revestimientos de polímero en forma de cepillo reducen la fricción del líquido y permiten que las gotas se transporten de forma pasiva", dice Soltani. "Menos fricción significa que hay más energía disponible para transportar el líquido. Entonces creamos una fuerza motriz diseñando los canales con patrones específicos".

La capacidad de transportar líquidos de baja tensión superficial sin pérdidas permitirá avanzar en los dispositivos lab-on-a-chip. Gracias a estos revestimientos exclusivos, los investigadores podrán transportar líquidos a mayor distancia, mover varios líquidos al mismo tiempo por una vía precisa e incluso fusionar y dividir gotas, todo ello sin perder volumen ni sufrir contaminación cruzada.

Esta tecnología también ayudará a limitar los residuos en los laboratorios de investigación. Al no quedar residuos en la superficie del dispositivo y, por tanto, no haber riesgo de contaminación cruzada, los investigadores podrán utilizar los mismos dispositivos una y otra vez.

"Estamos estudiando la posibilidad de utilizar esta tecnología para los bioensayos de microfluidos, ya que se trata de un ámbito en el que cada gota de líquido es preciosa", afirma Golovin. "Nuestros descubrimientos también tienen un gran potencial para avanzar en los diagnósticos en los puntos de atención, como las enfermedades hepáticas o renales, donde el cribado de marcadores biológicos suele realizarse en medios no acuosos".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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