Gli scienziati dell'Indian Institute of Science (IISc) hanno sviluppato una nuova tecnica per incapsulare goccioline liquide utilizzate per varie applicazioni, tra cui la crescita di cristalli singoli e la coltura cellulare.
La tecnica sfrutta l’effetto capillare – la risalita di un liquido attraverso uno spazio ristretto – per rivestire le goccioline in un guscio composito contenente particelle idrofile e amanti del petrolio. Offre la possibilità di regolare lo spessore del guscio su un ampio intervallo, consentendo l'incapsulamento di goccioline di diverse dimensioni. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications .
Le goccioline sono importanti in una varietà di campi. "Nei microreattori, le goccioline possono essere utilizzate per creare diversi ambienti di reazione o mescolare diverse sostanze chimiche. Nei sistemi di somministrazione di farmaci, le goccioline possono essere utilizzate per somministrare farmaci o altri agenti a tessuti o organi specifici. Negli studi sulla cristallizzazione, le goccioline possono essere utilizzate per controllare la crescita dei cristalli. E nelle piattaforme di coltura cellulare, le goccioline possono essere utilizzate per far crescere le cellule in un ambiente controllato, il che può aiutare a migliorare la vitalità e la proliferazione cellulare," spiega il ricercatore capo Rutvik Lathia, Ph.D. studente presso il Centro di Nano Scienze e Ingegneria (CeNSE), IISc.
Tuttavia, ci sono diverse sfide nell’utilizzo di tali goccioline. Sono vulnerabili alla contaminazione dell'ambiente, la facilità e il successo di un particolare processo dipendono molto dalla superficie su cui vengono lasciati cadere e possono svanire nel nulla piuttosto velocemente.
Sebbene incapsulare le goccioline con liquidi o solidi che non si mescolino con le goccioline (come le goccioline d'acqua all'interno di un guscio d'olio) sia una soluzione plausibile per evitare questi problemi, creando un guscio resistente, continuo e con uno spessore regolabile in un formato super piccolo finora la scala si è rivelata sfuggente.
Per affrontare queste sfide, Prosenjit Sen, professore associato al CeNSE, e il suo team hanno sviluppato un nuovo metodo di occultamento assistito dalla forza capillare per intrappolare le goccioline all'interno di particelle colloidali e superfici infuse di liquido.
In primo luogo, hanno rivestito con cura le goccioline con piccole perle idrofobe e amanti del petrolio, trasformandole in quelle che chiamano biglie liquide (LM). Quando questi LM vengono mantenuti su superfici infuse di olio, le forze capillari entrano in azione, consentendo all'olio di salire nei minuscoli pori creati tra le singole perle. Queste sfere svolgono un ruolo cruciale nel promuovere e stabilizzare la formazione di un film liquido attorno alla goccia, incapsulandola di fatto. I ricercatori sono stati anche in grado di utilizzare la cera invece dell'olio per creare un guscio solido regolando la temperatura.
Il team ha scoperto che tale incapsulamento ha ridotto il tasso di evaporazione delle goccioline fino a 200 volte, aumentandone la durata. Sono stati anche in grado di regolare lo spessore del guscio in modo flessibile su un ampio intervallo, da 5 μm a 200 μm. Ciò ha permesso loro di accogliere goccioline con volumi compresi tra 14 nL e 200 μL.
"Il nostro metodo di incapsulamento delle goccioline introduce una moltitudine di nuove opportunità nel campo delle applicazioni relative alle goccioline. La natura sintonizzabile dei gusci, sia solidi che liquidi, consente un controllo preciso su vari parametri, rendendolo versatile per applicazioni in chimica, biologia e scienza dei materiali", afferma il senatore
I ricercatori hanno utilizzato queste goccioline rivestite per far crescere con successo singoli cristalli. Potrebbero anche utilizzare le goccioline rivestite per applicazioni biologiche come la coltura cellulare 3D e la coltivazione di cellule di lievito in laboratorio con tassi di successo migliorati.
"Finora siamo in grado di produrre capsule solide a base di cera e capsule liquide a base di olio", aggiunge Sen. "Ora stiamo esaminando materiali più nuovi per formare capsule con proprietà diverse che potrebbero migliorare ulteriormente la sintonizzazione, come le capsule a base di polimeri."
Ulteriori informazioni: Rutvik Lathia et al, Incapsulamento sintonizzabile di goccioline sessili con gusci solidi e liquidi, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41977-1
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Indian Institute of Science
