I modelli matematici del movimento delle cellule in liquidi viscosi che mostrano come questo movimento sia influenzato dalla presenza di un rivestimento tensioattivo hanno applicazioni nella progettazione di micro-nuotatori artificiali per la somministrazione mirata di farmaci, microchirurgia e altre applicazioni.

Molti tipi di cellule mobili, come i batteri nel nostro intestino e gli spermatozoi nel tratto riproduttivo femminile, bisogno di spingersi attraverso spazi ristretti pieni di liquido viscoso. Negli ultimi anni, il movimento di questi micro-nuotatori è stato imitato nella progettazione di macchine semoventi su micro e nanoscala per applicazioni che includono la somministrazione mirata di farmaci. L'ottimizzazione del design di queste macchine richiede un'analisi dettagliata, comprensione matematica dei micro nuotatori in questi ambienti.

Un grande, gruppo internazionale di fisici guidato da Abdallah Daddi-Moussa-Ider della Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, La Germania ha ora generato modelli matematici di micro nuotatori in gocce viscose pulite e ricoperte di tensioattivi, dimostrando che il tensioattivo altera significativamente il comportamento dei nuotatori. Hanno pubblicato il loro lavoro in EPJ E.

La dinamica dei micro nuotatori che si muovono all'interno di una goccia di liquido viscoso dipende da molte cose, compresa la forma e le dimensioni della goccia, il numero di micro nuotatori e il numero di Reynolds del liquido. Questa è una misura della viscosità; i liquidi con basso numero di Reynolds sono più viscosi e scorrono in maniera lineare con poca turbolenza. Il flusso di un tale liquido può essere modellato risolvendo un insieme di equazioni differenziali alle derivate parziali note come equazioni di Navier-Stokes. In questo caso, il micro-nuotatore stesso era considerato come un dipolo di forza confinato all'interno della goccia e localizzato in un punto prestabilito. La presenza di uno strato di tensioattivo che circonda la goccia contenente il micro nuotatore è stata modellata utilizzando condizioni al contorno.

Risolvere queste equazioni in una serie di condizioni:gocce con o senza strati di tensioattivo, fermo e in movimento libero, e con numeri e raggi di Reynolds diversi, ha dato a Daddi-Moussa-Ider e ai suoi collaboratori una serie di campi di flusso leggermente diversi, da cui si potrebbe definire la dinamica del micro nuotatore. Notano che questi modelli di dinamica del nuotatore possono rivelarsi utili nella progettazione di micro-macchine per l'assemblaggio dei materiali, biosensing e microchirurgia nonché somministrazione di farmaci.