Nanomáquinas microscopicamente minúsculas que se movem como submarinos com sua própria propulsão – por exemplo, no corpo humano, onde transportam agentes ativos e os liberam em um alvo: o que parece ficção científica, nos últimos 20 anos, tornou-se um fenômeno de crescimento cada vez mais rápido. campo de pesquisa. No entanto, a maioria das partículas desenvolvidas até agora só funcionam em laboratório.
A propulsão, por exemplo, é um obstáculo. Algumas partículas precisam ser supridas com energia na forma de luz, outras usam propulsões químicas que liberam substâncias tóxicas. Nenhum destes pode ser considerado para qualquer aplicação no corpo. Uma solução para o problema poderia ser partículas propelidas acusticamente. Johannes Voß e o Prof. Raphael Wittkowski do Instituto de Física Teórica e do Centro de Nanociência Suave da Universidade de Münster (Alemanha) encontraram agora respostas para questões centrais que antes impediam a aplicação da propulsão acústica. Os resultados foram publicados na revista ACS Nano.
Ondas de ultra-som viajantes são adequadas para propulsão
O ultra-som é usado em nanomáquinas acusticamente propelidas, pois é bastante seguro para aplicações no corpo. O autor principal Johannes Voß resume a pesquisa realizada até agora da seguinte forma: “Há muitas publicações descrevendo experimentos. No entanto, as partículas nesses experimentos foram quase sempre expostas a uma onda de ultra-som estacionária. Isso certamente torna os experimentos consideravelmente mais simples, mas ao mesmo tempo, torna os resultados menos significativos no que diz respeito às possíveis aplicações – porque nesse caso seriam usadas ondas de ultra-som viajantes.” Isso se deve ao fato de que as ondas estacionárias são produzidas quando as ondas que viajam em direções opostas se sobrepõem.
O que os pesquisadores também não levaram em conta anteriormente é que nas aplicações as partículas podem se mover em qualquer direção. Assim, eles deixaram de lado a questão de saber se a propulsão depende da orientação das partículas. Em vez disso, eles observaram apenas partículas alinhadas perpendicularmente à onda de ultrassom. Agora, pela primeira vez, a equipe de pesquisadores em Münster estudou os efeitos da orientação usando elaboradas simulações de computador.
Eles chegaram à conclusão de que a propulsão das nanopartículas depende de sua orientação. Ao mesmo tempo, o mecanismo de propulsão acústica nas ondas de ultrassom que viajam funciona tão bem para todas as orientações das partículas – ou seja, não apenas exatamente perpendicular à onda de ultrassom – que essas partículas realmente podem ser usadas para aplicações biomédicas. Outro aspecto que os físicos de Münster examinaram foi a propulsão que as partículas exibiam quando expostas ao ultra-som vindo de todas as direções (ou seja, “ultra-som isotrópico”).
Uma base para o passo para a aplicação
“Nossos resultados mostraram como as partículas se comportarão nas aplicações e que a propulsão tem as propriedades certas para que as partículas sejam realmente usadas nessas aplicações”, conclui Johannes Voß. Como acrescenta Raphael Wittkowski, “revelamos propriedades importantes de nanopartículas acusticamente propelidas que não haviam sido estudadas anteriormente, mas que precisam ser compreendidas para permitir o passo da pesquisa básica para as aplicações planejadas envolvendo as partículas”.
Os dois pesquisadores de Münster examinaram partículas cônicas, pois elas podem se mover rapidamente mesmo com baixa intensidade de ultrassom – ou seja, eles têm propulsão eficiente – e também podem ser facilmente produzidos em grande número. As partículas têm quase um micrômetro de tamanho – quase mil nanômetros. Em comparação, um glóbulo vermelho tem um diâmetro de cerca de 7,7 micrômetros. Isso significa que as nanopartículas podem se mover pela corrente sanguínea sem bloquear os vasos sanguíneos mais finos. “O tamanho da partícula pode ser selecionado de acordo com o que é necessário na aplicação específica pretendida, e o mecanismo de propulsão também funciona no caso de partículas menores e maiores”, explica Johannes Voß. “Simulamos as partículas na água, mas a propulsão também é adequada para outros fluidos e para tecidos.”
Por meio de simulações em computador, a equipe investigou sistemas e suas propriedades que não puderam ser estudados nos muitos experimentos anteriores. Olhando para o futuro, Raphael Wittkowski diz: “Um passo importante seria que a pesquisa baseada em experimentos passasse a olhar para esses sistemas”.
Publicado em 13/03/2022 07h41
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