Mimare i “comportamenti di nuoto unici” dei microrganismi, ai fini della microfabbricazione con la stampa 3D su nanoscala

Sistemi di micro-consegna funzionali per la stampa 3D: Nuoto di Microtori

Nei microtori di nuoto stampati in 3D di forma programmati per il trasporto di agenti passivi e attivi , i ricercatori internazionali esplorano le sfide nel mimare i “comportamenti di nuoto unici” dei microrganismi, ai fini della microfabbricazione. Con la stampa 3D su nanoscala, tuttavia, sono stati in grado di progettare tori microscopici per il trasporto di materia biologica.

I sistemi di materia attiva stanno diventando più interessanti per i ricercatori come argomento di studio, ma per essere funzionali devono essere in grado di adattarsi al loro ambiente, devono essere capaci di comportamenti complessi e funzionare come nuotatori automotori.

“I sistemi batterici mostrano un’ampia varietà di comportamenti complessi, incluso l’allineamento spontaneo in presenza di gradienti chimici e l’alterazione delle proprietà reologiche del fluido”, hanno affermato i ricercatori. “La traduzione di questi comportamenti complessi in sistemi artificiali è particolarmente interessante per le applicazioni nel trasporto di fluidi, miscelazione su piccola scala e consegna mirata del carico, ma è difficile a causa delle intrinseche limitazioni della nanofabbricazione”

Molti dei costrutti più semplici finora hanno dimostrato di essere inferiori in termini di nuoto e altri comportamenti, rendendo evidente che devono essere fatti passi da gigante prima che tali particelle diventino una realtà funzionale per gli scienziati. In questo progetto, i ricercatori hanno creato tori di nuoto manipolati da un campo magnetico. Questi costrutti erano in grado di trasportare quanto segue:

Altri nuotatori artificiali
Nanorods bimetallici
Particelle colloidali passive
Hanno creato un modello indipendente di meccanismo idrodinamico e di propulsione “per tenere conto dei nuovi fenomeni emergenti nel nuoto dei microtori vicino ai confini”, oltre a individuare gli elementi necessari per il nuoto: velocità di scorrimento autoindotte attraverso la superficie e potenziali elettrostatici. Ciò ha lasciato il team aperto alla sperimentazione ulteriore con meccanismi alternativi, con risultati rilevanti per altri sistemi biocompatibili come gli enzimi montati e la luce.

Usando la litografia a due fotoni, i ricercatori hanno stampato in 3D strutture programmabili, con tori entrambi alimentati chimicamente e impregnati di caratteristiche su scala nanometrica. Il team di ricerca spiega nel loro articolo che i tori erano o smaltati o Janus o chiazzati.

“In presenza di perossido di idrogeno, i tori iniziano istantaneamente a librarsi sopra la superficie a causa della propulsione autoelettroforetica. A causa dell’instabilità della carica, cioè delle cariche di superficie mobili derivanti dall’autoelettroforesi, i tori spezzano spontaneamente la simmetria e si inclinano ad un angolo stabile. I tori poi scivolano sulla superficie; alla fine organizzarsi in cluster dinamici che nuotano in tre dimensioni “, hanno spiegato gli autori.

“L’aggiunta di campi esterni e gradienti chimici più complessi può essere utilizzata per guidare indirettamente e direttamente i nuotatori autonomi. Il tori potrebbe quindi essere diretto a consegnare carichi viventi, come le cellule, in siti specifici per la terapia cellulare; o organizzare collettivamente i tori per dirigere il loro flusso per il trasporto e lo smistamento cellulari. “

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