A manipulação de gotículas na ciência dos materiais pode contribuir para a coleta de água, diagnósticos médicos e técnicas de administração de medicamentos. Embora as operações líquidas baseadas na estrutura sejam amplamente utilizadas na natureza e em materiais artificiais bioinspirados, as estratégias de laboratório dependem de estruturas fixas para o movimento unidirecional da água. Em um novo estudo sobre Avanços da Ciência , An Li e uma equipe de pesquisa do Instituto de Química e da Universidade da Academia Chinesa de Ciências da China propuseram o desenvolvimento de um robô com atuação magnética. A construção tinha estruturas ajustáveis ​​para distribuir as forças de resistência e determinar o comportamento das gotas. O robô poderia transportar, dividir, libere e gire gotas para aplicações universais em vários campos e ambientes difíceis. As novas descobertas oferecem uma estratégia eficiente para a manipulação automatizada de gotas.

Nesse trabalho, Li et al. usou métodos confiáveis ​​para manipular gotas usando um robô com atuação magnética com contas de aço em um campo magnético programável. Os cientistas controlaram a estrutura do robô ajustando o campo magnético. As estruturas diferenciadas do robô levaram a diversas combinações comportamentais de gotículas, incluindo divisão, liberar, rotação e transporte. O robô é universalmente aplicável a vários fluidos, incluindo água, óleo e gás. Li et al. atuação do robô auxiliada em espaços limitados, em superfícies irregulares e mesmo sob condições anidras ou anaeróbicas. A obra tem grande potencial para transporte de materiais, microfabricação e em medicina clínica.

A manipulação de gotículas em laboratório é inspirada na natureza. Por exemplo, plantas e animais exibiram sistemas de coleta de névoa em cactos, coleta de água na seda da aranha e influenciou o comportamento do besouro do deserto do Namibe para coletar e mover água. A estrutura assimétrica e intrínseca para coleta de amostra de água pode induzir um gradiente de pressão de Laplace nas gotículas, causando movimento em uma direção predefinida. Os pesquisadores podem usar várias estratégias externas, incluindo eletricidade, ímãs, acústica e superfícies molhadas para acionar seu movimento. Destes, força magnética tem a vantagem de ação de longo alcance, segurança e facilidade de controle. Os pesquisadores usaram partículas magnéticas para arrastar gotículas de água através de superfícies hidrofóbicas ou padronizadas e através de materiais magneticamente responsivos.

Li et al. nomeou as duas contas de aço no sistema de controle magnético de 'robô' e coloriu as gotas de água com aditivos alimentares para identificar distintamente os diferentes modos de atuação. O robô hidrofílico (amante da água) capturou facilmente a gota ao entrar em contato. A equipe de pesquisa transferiu a gota e ajustou sua estrutura para dividir uma gota filha ou liberar a gota reduzindo ou aumentando a distância entre as contas. O processo contou principalmente com a estrutura robótica onde seu volume (V) influenciou o resultado. Li et al. quantificou a estrutura do robô usando a distância centro a centro dos cordões até o diâmetro (D / d). Por exemplo, um robô com uma razão D / d de 1,67 poderia transportar uma gota de 150 µL de água. Contudo, se a gota aumentou para 350 µL, ele iria se dividir. Para entender isso, eles analisaram mecanicamente todo o sistema e, em seguida, determinaram que a força motriz por trás do dispositivo era a adesão entre o cordão e a gota.

Depois de controlar a gota de água no ar, a equipe investigou o robô em diferentes condições, incluindo diversas atmosferas. Por exemplo, eles arrastaram uma gota para movê-la para cima ou para baixo, superando as forças da gravidade e as forças de adesão entre as diferentes gotas e o substrato. Esses dispositivos têm aplicações em espaços limitados, como caixas e tubos vitais em microfluídica e medicina clínica. O transporte sem perdas e o controle preciso do reagente são vitais para micro-reações químicas quantitativas amplamente utilizadas em química analítica, diagnóstico e biotecnologia. Por exemplo, Li et al. conduziu reações de neutralização ácido-base sequenciais por meio da manipulação de gotículas programáveis ​​do robô, para dividir uma gota filha e transferi-la para formar uma gota neutra. Os robôs forneceram uma rota versátil para controlar automaticamente as gotículas para micro-reações usando alíquotas precisas de reagente que são tipicamente tóxicas, de natureza radioativa ou explosiva.

Os cientistas pesquisadores simularam processos biomédicos em laboratório para explorar o potencial do robô durante aplicações médicas in vivo. Eles primeiro simularam cálculos ou depósitos minerais encontrados em órgãos como rins e vesícula biliar, que geralmente permanecem intactos devido aos limites estruturais que impedem sua remoção cirúrgica. Usando o microrrobô, eles arrastaram uma gota de droga para os cálculos simulados para os cálculos para fácil coleta e remoção (com base na compatibilidade entre as duas superfícies). No próximo experimento, eles mostraram o potencial do robô para remover ou limpar os vasos sanguíneos, acumulando um excesso de colesterol nas artérias coronárias - representado por um tubo cheio de água. Eles transportaram as gotículas de droga para capturar a placa simulada e dissolveram a droga para seu descarte pelo robô. Os métodos inovadores podem ter funções versáteis para aplicações médicas in vivo.

Desta maneira, An Li e seus colegas propuseram uma estratégia simples e geral para manipular gotículas usando um robô com atuação magnética feito de duas contas de aço. Eles controlavam a estrutura usando um campo magnético que regulava a distribuição das forças resistivas nos segmentos dianteiro e traseiro da gota. Eles perceberam vários comportamentos para as gotículas, incluindo transporte, dividir, liberação e rotação. Além de manipular as gotas de água no ar, o robô prometeu transportar líquidos complexos, como óleo, água no óleo e gás na água. Os grânulos de aço mostraram capacidade de manobra das gotas em espaços limitados, incluindo ambientes tóxicos e radioativos. O trabalho tem potencial significativo nas áreas de fabricação de dispositivos, detecção e bioensaio, bem como na medicina in vivo. A equipe prevê que otimizações adicionais do sistema permitirão a manipulação de gotículas menores na escala de nano e pico-litro com biocompatibilidade aprimorada.

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