Micronadadores sintéticos: características individuales y colectivas
En los sistemas biológicos, las unidades sencillas suelen formar estructuras complejas mediante un ensamblaje dinámico y un comportamiento colectivo. Las bacterias y la formación de biopelículas o el acoplamiento de las dos hebras de ADN son ejemplos habituales. En la iniciativa S.O.F.T. (Swimmers: one, few, thousands) se crearon micronadadores biomiméticos, es decir, flagelos artificiales activados por campos magnéticos externos, reacciones químicas o emisión de nanoburbujas. Se estudió en profundidad un micronadador sintético formado por gotículas de líquido autopropulsado controladas por el efecto Marangoni (basado en los gradientes de tensión superficial). Se generó un modelo numérico flexible capaz de adaptarse a cualquier tipo de micronadador mediante el método del conjunto de nivel para entender la mecánica de propulsión. El equipo de S.O.F.T. creó una distribución de tensioactivo no uniforme para generar un movimiento convectivo dentro y fuera de gotículas. Se estudió el mecanismo de propulsión y su dependencia del tamaño de la gotículas y la concentración de tensioactivo. Cabe destacar la reproducción del comportamiento quimiotáctico tradicional observado a menudo en micronadadores sintéticos y biológicos tales como las bacterias. Otra parte del estudio se centró en la bacteria Shewanella oneidensis, conocida por su capacidad de formar biopelículas que actúan como microbaterías y pueden producir energía limpia (no explotada) como biocombustible y gas hidrógeno. Uno de los principales obstáculos para su uso es que la duración de la formación de la biolpelícula es de varios días. A fin de diseñar un método para reducir el tiempo de formación de la banda quimiotáctica se estudió el impacto de la proximidad de burbujas de aire en Shewanella y se observó que formaban biopelículas más rápidamente. Se creó un modelo numérico y se localizaron las zonas de concentración de Shewanella con respecto al tiempo para distintos tamaños de burbujas y concentraciones iniciales de bacterias. Los resultados del modelo se correspondieron con los datos experimentales obtenidos y fue posible realizar un estudio paramétrico e introducir una presión controlada por sonido en la burbuja. De esta forma se redujo considerablemente el tiempo de formación de la banda quimiotáctica a solo unos minutos. Los resultados de S.O.F.T. presentan numerosas aplicaciones en los campos de la microrrobótica avanzada, la producción de biocombustible y la liberación controlada de fármacos así como en el ámbito del diagnóstico clínico.
Palabras clave
Micronadadores sintéticos, bacteria, biopelícula, S.O.F.T., modelo numérico, Shewanella oneidensis, biocombustible, liberación de fármacos
