Las características de los materiales que nos rodean pueden variar de formas curiosas en escalas micro y nanométricas. El agua que sale de la canilla de la cocina, por más que esté compuesta por las mismas moléculas, se comportará de modo distinto cuando se la compacta en una gota de tamaño micrométrico. La microfluídica nos adentra en este universo desconocido de la mano de los fluidos y resulta sumamente útil en áreas de la microingeniería y en los análisis biomédicos, como por ejemplo los test de embarazo o el PCR para detectar covid.
En un estudio publicado en la revista Nature Communications, investigadores y becarios del CONICET lograron una interacción autónoma entre dos gotas de compuestos inorgánicos similar al comportamiento de las células. Estas gotas químicamente complementarias fueron depositadas sobre una superficie con poros diminutos y, mediante la emisión de señales, produjeron la reacción en una de las gotas que terminó por deformarla hasta avanzar sobre la otra. Como si de un momento a otro la gota cobrara vida propia y se moviera a su voluntad.
“Es análogo a los sistemas biológicos los cuales tienen esa capacidad de inteligencia en el sentido de actuar selectivamente ante un estímulo. Una gota inteligentemente se da cuenta cuál es la gota de enfrente y actúa en consecuencia. Hay una diferenciación de roles donde una gota va al encuentro de la otra y hay una actitud direccionada. Es una relación estímulo-respuesta específica y esto lo convierte en un sistema inteligente análogo a los comportamientos de las células. Por ejemplo, cuando un glóbulo blanco detecta que hay un patógeno, se dirige a él y lo atrapa” indica Martín Bellino, director del trabajo e investigador del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Comisión Nacional de Energía Atómica y el CONICET.
Un pequeño paso para una gota, un gran salto para la microfluídica
El mecanismo por el cual se genera la reacción entre las gotas resulta sorprendente debido a las escalas tan amplias que abarca. Los ingredientes para realizar este experimento en sus casas son: una gota diminuta de yoduro de potasio, un tipo de sal soluble en agua; una gota de igual tamaño de agua oxigenada y una superficie nanoporosa, es decir con poros del tamaño de un millón de veces menor a un milímetro, exageradamente más pequeño que nuestras diminutas gotitas. Una vez colocadas las gotas una junto a la otra, el líquido de las mismas se filtra por estas cavidades. La gotita de yoduro de potasio tiene un reactivo que cataliza la reacción del agua oxigenada. Mientras que la primera permanece estable, la otra se verá modificada en su estructura ante la señal que recibe por parte de la reacción química que ocurre por debajo de ella a nivel nanométrico. Si realizó todos estos pasos de la manera correcta, deberá ver como una de las gotitas se une a la otra.
Este hecho no solo nos muestra la posibilidad de la interacción autónoma entre dos fluidos inanimados. “Lo divertido que ocurre ahí es que un volumen extremadamente pequeño de líquido -el que se encuentra filtrado en la superficie nanoporosa- está actuando sobre un volumen que es cientos de millones de veces más grande -el microlitro cúbico de las gotas- y lo está haciendo moverse. A nivel energético resulta sorprendente: es como si hicieran un gol en un arco y todo el estadio explota, pero no solo se queda ahí, sino que se moviliza por fuera y la gente termina llevándose el estadio” explica Galo Soler Illia, investigador del CONICET en el Instituto de Nanosistemas de la Universidad Nacional de San Martín.
Muros y praderas
Sorprende observar aquellas primeras computadoras, como armarios gigantes que ocupaban toda una habitación, cuando al día de hoy hallamos funciones mucho más complejas en un pequeño dispositivo que puede entrar en un reloj. “Esto es similar a lo que viene ocurriendo con los laboratorios de análisis y síntesis. Todas las funciones que se venían haciendo en una habitación con cinco personas, actualmente ya se pueden integrar en un dispositivo muy similar a un chip” detalla Claudio Berli, investigador del CONICET en el Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química y profesor de la Universidad del Litoral. “Esto requiere hacer una micro-plomería: instalar caños, válvulas y bombas microscópicas que actúen de manera autónoma porque una vez en funcionamiento es imposible cerrar estas canillas con la mano”, agrega.
Sin embargo, los dispositivos de análisis utilizados en los estudios que aplican la microfluídica como los Lab-on-a-chip -laboratorio en un chip- resultan difíciles de emplear y costosos de diseñar. Todo ese sistema preciso de micro-plomería que permite el estudio eficiente de las muestras termina siendo poco accesible. Sin embargo, una de las potencialidades de esta investigación es que, en caso de seguir el desarrollo tecnológico, podría simplificarse la construcción de estos dispositivos a la mera fabricación de una superficie porosa. Entonces, si la investigación continúa con el objetivo de generar nuevos sistemas de interacción entre gotas que resultan en verdaderas innovaciones para el área y se sigue en búsqueda de generar la tecnología a mayor escala, este método de análisis sería crucial para el estudio dentro de la microfluídica.
Descubriendo las reglas del microjuego
En este estudio se descubrió la capacidad de dos gotas con compuestos químicos complementarios de reaccionar de forma inteligente para que una “ataque” a la otra. Esta posibilidad nos abre a la pregunta: ¿qué otras interacciones podemos intentar conseguir entre gotas de forma autónoma? Las posibilidades pueden resultar infinitas. Se podría experimentar en un conjunto de gotas, como un tablero de ajedrez, donde cada una de las gotas interacciona de manera distinta con las demás. También se podría intentar la activación de colores cuando se logra la reacción de las gotas entre sí, lo cual podría resultar útil para los trabajos de análisis. Incluso intentar guiar a la gota entre caminos pintados que podrían aislar el paso de la gota por el resto de la superficie. Además podría pensarse en cómo realizar la acción contraria a la que encontramos en este estudio y, en lugar de ser una reacción de ataque, genera una huida de una de las gota
