Encapsulamento de gotículas de casca líquida e sólida preparada por camuflagem assistida por capilaridade. Crédito:Rutvik Lathia e Chandan Modak Cientistas do Instituto Indiano de Ciência (IISc) desenvolveram uma nova técnica para encapsular gotículas líquidas usadas para diversas aplicações, incluindo crescimento de cristal único e cultura celular.
A técnica explora o efeito capilar – a ascensão de um líquido através de um espaço estreito – para revestir gotículas em um invólucro composto contendo partículas hidrofóbicas e amantes do óleo. Oferece a capacidade de ajustar a espessura do invólucro em uma ampla faixa, permitindo o encapsulamento de gotas de diferentes tamanhos. O estudo foi publicado na Nature Communications .
As gotículas são importantes em vários campos. "Em microrreatores, as gotículas podem ser usadas para criar diferentes ambientes de reação ou misturar diferentes produtos químicos. Em sistemas de administração de medicamentos, as gotículas podem ser usadas para fornecer medicamentos ou outros agentes a tecidos ou órgãos específicos. Em estudos de cristalização, as gotículas podem ser usadas para controlar o crescimento de cristais. E em plataformas de cultura celular, as gotículas podem ser usadas para cultivar células em um ambiente controlado, o que pode ajudar a melhorar a viabilidade e a proliferação celular", explica o pesquisador principal Rutvik Lathia, Ph.D. estudante do Centro de Nanociências e Engenharia (CeNSE), IISc.
No entanto, existem vários desafios na utilização de tais gotículas. Eles são vulneráveis à contaminação do ambiente, a facilidade e o sucesso de um determinado processo dependem muito da superfície em que caem e podem desaparecer no ar muito rapidamente.
Embora encapsular gotículas com líquidos ou sólidos que não se misturam com as gotículas (como gotículas de água dentro de uma casca de óleo) seja uma solução plausível para evitar esses problemas, criando uma casca que seja resistente, contínua e com espessura ajustável em um tamanho super minúsculo. escala tem se mostrado ilusória até agora.
Para enfrentar esses desafios, Prosenjit Sen, professor associado do CeNSE, e sua equipe desenvolveram um novo método de camuflagem assistido por força capilar para reter gotículas dentro de partículas coloidais e superfícies com infusão de líquido.
Primeiro, eles revestiram cuidadosamente as gotículas com pequenas esferas hidrofóbicas e que gostam de óleo, transformando-as no que chamam de bolinhas de gude líquidas (LM). Quando esses LM são mantidos em superfícies infundidas com óleo, as forças capilares entram em ação, permitindo que o óleo suba até os minúsculos poros criados entre as esferas individuais. Estas esferas desempenham um papel crucial na promoção e estabilização da formação de uma película líquida ao redor da gota, encapsulando-a de forma eficaz. Os pesquisadores também conseguiram usar cera em vez de óleo para criar uma casca sólida, ajustando a temperatura.
Esse encapsulamento reduziu a taxa de evaporação das gotículas em até 200 vezes, aumentando a vida útil dessas gotículas, descobriu a equipe. Eles também foram capazes de ajustar a espessura da casca de maneira flexível em uma ampla faixa – de 5 μm a 200 μm. Isso permitiu acomodar gotículas com volumes variando de 14 nL a 200 μL.
"Nosso método de encapsulamento de gotículas apresenta uma infinidade de novas oportunidades no domínio das aplicações relacionadas a gotículas. A natureza ajustável dos invólucros, tanto sólidos quanto líquidos, permite o controle preciso sobre vários parâmetros, tornando-os versáteis para aplicações em química, biologia e ciência dos materiais", diz o senador.
Os pesquisadores usaram essas gotículas revestidas para cultivar monocristais com sucesso. Eles também poderiam usar as gotículas revestidas para aplicações biológicas, como cultura de células 3D e cultivo de células de levedura em laboratório, com melhores taxas de sucesso.
“Até agora, somos capazes de fabricar cápsulas sólidas à base de cera e cápsulas líquidas à base de óleo”, acrescenta Sen. “Agora, estamos procurando materiais mais novos para formar cápsulas com propriedades diferentes que possam melhorar ainda mais a sintonização, como cápsulas à base de polímeros”.
Mais informações: Rutvik Lathia et al, Encapsulamento ajustável de gotículas sésseis com conchas sólidas e líquidas, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41977-1 Informações do diário: Comunicações da Natureza
