Maneggevolezza molto morbida, oggetti delicati senza danneggiarli è già abbastanza difficile con le mani dell'uomo, figuriamoci farlo su scala microscopica con strumenti di laboratorio. Tre nuovi studi mostrano come gli scienziati hanno affinato una tecnica per maneggiare piccoli, particelle morbide che utilizzano flussi di fluido controllati con precisione che agiscono come delicate mani microscopiche. La tecnica consente ai ricercatori di testare i limiti fisici di queste particelle morbide e le cose che ne derivano, che vanno dai tessuti biologici agli ammorbidenti.

I tre studi, guidato da Charles Schroeder dell'Università dell'Illinois, il Ray and Beverly Mentzer Faculty Scholar di ingegneria chimica e biomolecolare, dettagliare la tecnologia e l'applicazione della trappola di Stokes, un metodo per manipolare piccole particelle utilizzando solo il flusso di fluido. Nello studio più recente, pubblicato sulla rivista Materia morbida , il team ha utilizzato la trappola di Stokes per studiare la dinamica delle vescicole, particelle piene di liquido che sono versioni ridotte delle cellule e hanno una rilevanza diretta per i sistemi biologici, hanno detto i ricercatori. Questo fa seguito a due recenti studi sulle riviste Fluidi per la revisione fisica e Revisione fisica applicata che ha ampliato il potere del metodo di cattura.

"Ci sono molte altre tecniche disponibili per manipolare piccole particelle, come il metodo della trappola ottica ampiamente utilizzato e vincitore del premio Nobel che utilizza laser accuratamente allineati per catturare le particelle, " disse Dinesh Kumar, uno studente laureato in ingegneria chimica e biomolecolare e autore principale di due degli studi. "La trappola di Stokes offre diversi vantaggi rispetto ad altri metodi, inclusa la facilità di scalare per studiare più particelle e la capacità di controllare l'orientamento e le traiettorie di particelle di forma diversa come bastoncini o sfere."

Armati della migliorata tecnologia delle trappole Stokes, il team ha cercato di comprendere la dinamica delle vescicole lipidiche quando sono lontane dal loro normale stato di equilibrio.

"Volevamo capire cosa succede a queste particelle quando vengono trascinate in un forte flusso, " ha detto Schroeder. "Nelle applicazioni del mondo reale, questi materiali si allungano quando interagiscono tra loro; sono elaborati, iniettato e sottoposto a sollecitazioni continue che ne determinano la deformazione. Il modo in cui agiscono quando si deformano ha importanti implicazioni sul loro utilizzo, stabilità e processabilità a lungo termine."

"Abbiamo scoperto che quando le vescicole si deformano in un flusso forte, si estendono in una delle tre forme distinte:manubrio simmetrico, manubrio asimmetrico o forma ellissoidale, " Kumar ha detto. "Abbiamo osservato che queste transizioni di forma sono indipendenti dalla differenza di viscosità dei fluidi tra l'interno e l'esterno della vescicola. Ciò dimostra che la trappola di Stokes è un modo efficace per misurare la dinamica di stiramento di materiali morbidi in soluzione e lontani dall'equilibrio".

Con i loro nuovi dati, il team è stato in grado di produrre un diagramma di fase che può essere utilizzato dai ricercatori per determinare come determinati tipi di flusso di fluido influenzeranno la deformazione e, in definitiva, le proprietà fisiche delle particelle morbide quando vengono attirate da diverse direzioni di flusso.

"Per esempio, prodotti come gli ammorbidenti, che sono composti da sospensioni di vescicole, non funzionano correttamente quando si aggregano, " disse Kumar. "Usando la trappola di Stokes, possiamo capire quali tipi di interazioni tra particelle causano l'aggregazione delle vescicole e quindi progettare un materiale con prestazioni migliori".

La tecnica è attualmente limitata dalla dimensione delle particelle che la trappola di Stokes può catturare e gestire, hanno detto i ricercatori. Stanno lavorando con particelle che generalmente sono più grandi di 100 nanometri di diametro, ma affinché questa tecnologia si applichi più direttamente ai sistemi biologici, dovranno essere in grado di afferrare particelle con un diametro compreso tra 10 e 20 nanometri, o addirittura fino a una singola proteina.

Il team sta attualmente lavorando per catturare particelle più piccole e collaborando con i colleghi della Stanford University per applicare la trappola di Stokes per studiare le proteine ​​di membrana.