Nas ciências da vida, os pesquisadores estão trabalhando para injetar drogas e outras moléculas usando minúsculos veículos de transporte. Pesquisadores da Saarland University e da University of Barcelona mostraram em um sistema modelo que pequenas gotículas de emulsão podem ser usadas como portadores inteligentes. Eles desenvolveram um método para a produção de gotículas de líquido autopropelidas, capazes de fornecer distribuição espacial e temporalmente controlada de uma carga molecular. O estudo foi publicado em Física das Comunicações .

“Usando gotículas como micro-carreadores na biomedicina, por exemplo, é uma meta perseguida há algum tempo, "diz Ralf Seemann, professor de física experimental na Universidade de Saarland. Contudo, essas gotículas só podiam se mover passivamente pelo corpo, por exemplo, através da corrente sanguínea. Para seu estudo atual sobre "micro-nadadores ativos, "Os físicos de Saarbrücken experimentaram um sistema modelo que se desenvolveu de gotículas de emulsão monofásica para as chamadas gotículas de Janus. Os pesquisadores descobriram que elas podem se mover ativamente e também atuar como um transportador" inteligente "para transportar e depositar uma carga.

As gotas de Janus consistem em duas partes:uma gota principal rica em água e uma gota rica em etanol e surfactante. A causa das habilidades especiais das gotículas de Janus está em sua formação - elas passam por um total de três estágios de desenvolvimento em que ocorrem diferentes interações com o ambiente. Os pesquisadores puderam usar essas etapas de desenvolvimento para "programar" as gotículas como portadores ativos.

"O ponto de partida são gotículas homogêneas, que são produzidos a partir de uma mistura de água-etanol. Essas gotículas nadam em uma fase de óleo em que um surfactante é dissolvido, "explica Jean-Baptiste Fleury, um líder de grupo no departamento. Na primeira fase de desenvolvimento, o etanol sai da gota e se dissolve na fase de óleo circundante. Isso resulta em diferentes tensões na superfície das gotículas, que causam o chamado fluxo de Marangoni tanto na superfície quanto na gota.

“Com o efeito Marangoni, líquidos migram de uma região de baixa tensão superficial para uma região de alta tensão superficial, "explica Martin Brinkmann, que também faz parte da equipe de pesquisa. "Durante a primeira fase, o fluxo de Marangoni empurra a partícula para a frente - um movimento ativo causado pela perda contínua de etanol na fase de óleo. "

Ao mesmo tempo, os surfactantes da fase oleosa migram para a gota porque querem se envolver preferencialmente com o etanol contido nela. Finalmente, água e etanol segregam e pequenas gotículas de mistura de etanol-surfactante se formam na gota, que rapidamente se fundem, e devido ao fluxo dentro da gota, se acumulam na extremidade traseira. No final do estágio dois, uma queda característica de Janus se formou. No terceiro estágio seguinte, os surfactantes na superfície da gota rica em água são atraídos pela parte traseira, queda rica em etanol, e a tensão superficial na parte traseira da superfície é aumentada. Este gradiente faz com que o líquido na superfície da queda frontal flua na direção da maior tensão superficial, e assim coloca toda a queda de Janus em movimento. “No decorrer da sua formação, as gotículas de Janus exibem mecanismos de condução específicos; além disso, eles resultam em diferentes campos de fluxo nos respectivos estágios, "diz o Dr. Brinkmann.

Os pesquisadores de Saarbrücken exploraram precisamente o movimento dessas gotículas de Janus. "Podemos observar como eles se movem na célula experimental durante seu desenvolvimento, que dura cerca de 10 a 15 minutos, e como eles interagem de forma diferente com os obstáculos, dependendo de seu estágio de evolução, "explica o Dr. Fleury. A duração dos estágios individuais de desenvolvimento pode ser controlada pela concentração inicial de etanol na gota e seu tamanho. Para testar suas habilidades como portadores, as gotículas do experimento também foram carregadas com moléculas de DNA como carga, que se acumulam na fase rica em etanol.

"Nossa transportadora pode caminhar seletivamente ao longo de obstáculos de geometria e condição de superfície específicas e também entregar sua carga de maneira direcionada, "diz o Prof. Seemann, resumindo os resultados de seu grupo de trabalho. Assim, o estudo descreve um primeiro, mas simples exemplo de uma transportadora ativa programável capaz de realizar entrega de carga controlada espacialmente e temporalmente.