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Descubiertos los factores para la propulsión de microrrobots

30/06/2019

Un estudio liderado por investigadores del Instituto de Bioingeniería de Catalunya abre la puerta a la movilidad de nuevos objetos microscópicos utilizando toda una librería de enzimas. Según los expertos, estos microrrobots se podrán utilizar en un futuro próximo con fines medioambientales y biomédicos.

Imagen de TEM de las microcápsulas de silica huecas / IBEC

Ingerir una pastilla para curar una grave enfermedad, o añadir una pizca de un polvo sintético para potabilizar agua, parecían conceptos de ciencia ficción hasta hace tan solo unas generaciones. Sin embargo, la aparición de nuevas disciplinas como la bioingeniería, está elevando el nivel de sofisticación y especialización de nuevos materiales hasta límites insospechados.

Un ejemplo de ello es el del grupo de Dispositivos Nanobio Inteligentes liderado por Samuel Sánchez, investigador ICREA en el Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC).

Tras años desarrollando dispositivos del tamaño de una milésima parte del grosor de un cabello para aplicaciones tecnológicas y biomédicas, el grupo de Sánchez, en colaboración multidisciplinar con un equipo de química computacional, ha dado un nuevo salto significativo en sus investigaciones: entender los procesos a nivel molecular que permiten a los llamados micromotores propulsarse en un líquido.

En el estudio, que se publica en la revista Nature Communications, Sánchez y sus colaboradores describen lo que hasta ahora resultaba un misterio para la comunidad científica: ¿cómo era posible que enzimas, que son máquinas catalíticas en la escala nanoscópica, llegaran a propulsan partículas enormes en relación a ellas?

Y es que, mientras que la mayoría de los grupos de investigación centraban sus esfuerzos en dotar a los microrrobots de propulsores basados en una encima llamada ureasa, los investigadores del IBEC han conseguido adherir y probar la movilidad de estos objetos microscópicos con toda una nueva serie de enzimas.

Xavier Arqué, estudiante de doctorado en el IBEC y primer autor del estudio, afirma: “El secreto de la movilidad de estos microrrobots radica en las propiedades de las propias enzimas”.

Una nueva puerta hacia microrrobots autropropulsados

Mientras que enzimas como la ureasa y la acetilcolinesterasa podían cambiar su estructura interna, estando este proceso relacionado con una mayor velocidad de reacción (conocida como conformación en la terminología científica), y generar la propulsión de los micromotores, otras enzimas más rígidas con menor velocidad de reacción no eran capaces de generar tal movilidad.

En palabras del propio Sánchez: “es la primera vez que podemos predecir si una enzima va a sernos útil para propulsar objetos microscópicos”.

Para llevar a cabo su descubrimiento, los investigadores combinaron las técnicas más avanzadas de simulación por ordenador con técnicas experimentales, gracias a la colaboración con el grupo de Sílvia Osuna, profesora ICREA de la Universidad de Girona.

Este descubrimiento abre la puerta a toda una nueva serie de microrrobots autopropulsados con aplicaciones en medicina, tratamiento de aguas y biotecnología.

Referencia bibliográfica:

Artículo de referencia: Xavier ArquéAdrian Romero-RiveraFerran FeixasTania PatiñoSílvia Osuna & Samuel Sánchez (2019) "Intrinsic enzymatic properties modulate the self-propulsion of micromotorsNature Communications 10, 2826.

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