In un solo starnuto o in un colpo di tosse, ben 40, 000 minuscole goccioline vengono espulse con la forza dalla bocca e dal naso nell'aria. I ricercatori della City University di Hong Kong (CityU) hanno recentemente sviluppato un metodo per raccogliere micro-goccioline come queste, che possono contribuire alle applicazioni nell'individuazione dei batteri che causano malattie e nella prevenzione della diffusione della malattia.
Lo studio, intitolato "Pompaggio direzionale di microgoccioline di acqua e olio su superficie scivolosa, "guidato dal dottor Yao Xi, Assistant Professor del Dipartimento di Scienze Biomediche presso CityU, è stato recentemente pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).
Lo spostamento di microgoccioline a base di olio e acqua senza forza esterna in modo controllato può essere molto utile nella raccolta dell'acqua e nelle analisi biomediche. Ma è abbastanza difficile con le micro-goccioline. "Le goccioline su scala micrometrica (un milionesimo di metro) hanno proprietà molto diverse rispetto alle controparti più grandi come le lacrime. Le loro minuscole dimensioni e il loro peso leggero significano che la normale attrazione di gravità è insignificante nel muoverle, "Spiega il dottor Yao.
C'erano stati altri sforzi per raccogliere micro-goccioline. Però, farlo in modo controllato, o per spostare una singola goccia in una direzione specifica, è rimasta una sfida per gli scienziati.
Una forza che consente agli insetti di camminare sulla superficie dell'acqua
Ma la strategia innovativa del team per trasportare le microgoccioline è stata ispirata dai fenomeni che sfruttano l'azione capillare osservati in natura. La forza capillare è importante nel trasporto di acqua e sostanze nutritive nelle piante. Alcuni insetti che camminano sull'acqua usano anche la forza capillare per spostarsi dalla superficie dell'acqua e verso la riva.
L'azione capillare è il movimento di un liquido all'interno di un tubo stretto a causa della tensione superficiale e delle forze adesive tra le molecole del liquido e il tubo. Per esempio, l'esame di un tubo d'acqua con una lente d'ingrandimento rivela un menisco, una curva nella superficie superiore dell'acqua vicino alla superficie del tubo a causa della forza capillare. Per di più, l'azione capillare può agire su un menisco per sollevare il liquido nel tubo senza l'assistenza di, e in opposizione a, forze esterne come la gravità.
All'interno del laboratorio, Il team del Dr. Yao ha utilizzato la forza capillare per il trasporto direzionale di microgoccioline su una superficie scivolosa. Infondendo un sottile strato di olio di silicone su una superficie goffrata con mini-punti di idrogel si formano menischi attorno ai punti. Quando la superficie è stata spruzzata con micro-goccioline di aerosol, le goccioline si sposterebbero verso i punti a causa della forza capillare.
Applicabile a diversi liquidi
Questa strategia ha diversi vantaggi. Il team del Dr. Yao ha scoperto che è applicabile a tutte le goccioline liquide, compreso acqua e olio, che sono immiscibili con l'olio infuso. La forza della forza capillare è determinata dalla lunghezza del menisco. Quindi è possibile stimare un intervallo di distanza efficace per una micro-goccia. Anche, il movimento è continuo e non c'è rischio di saturazione. Finché le goccioline si trovano entro l'intervallo di distanza effettiva, tutti saranno raccolti di conseguenza.
Cosa c'è di più, questa strategia, a differenza dei precedenti tentativi, funziona bene con una sola micro-goccia, che aiuta a identificare il meccanismo del movimento.
Il basso costo di fabbricazione, la sua ampia scelta di materiali di fabbricazione e la compatibilità con le goccioline di liquido potrebbero aprire la strada ad applicazioni pratiche, compresa la raccolta della nebbia, raccolta dell'acqua, scambiatori di calore, microfluidica, e analisi biomediche o addirittura uccisione batterica.
Potenziali applicazioni biomediche
Nel loro studio, Il team del Dr. Yao ha utilizzato goccioline contenenti batteri E. coli o S. aureus per dimostrare la potenziale applicazione. Hanno scoperto che una volta raccolti nei punti di idrogel, era più facile rilevare i batteri nelle goccioline, che non poteva essere facilmente individuato nella sua forma altrimenti dispersa.
Il dottor Yao dice, "Potremmo applicare questa tecnologia semplice ma robusta per aiutare a identificare i batteri che causano malattie in un'area chiusa. Oppure, per andare ancora oltre, immagina se potessimo uccidere questi batteri iniettando in anticipo biocidi sul punto di raccolta dell'idrogel. Sarà molto pratico in un'area popolata prevenire la diffusione di malattie infettive".
