Manuseio muito macio, itens delicados sem danificá-los é difícil o suficiente com mãos humanas, muito menos fazê-lo em escala microscópica com instrumentos de laboratório. Três novos estudos mostram como os cientistas aprimoraram uma técnica para lidar com minúsculos, partículas macias usando fluxos de fluidos precisamente controlados que agem como mãos microscópicas suaves. A técnica permite que os pesquisadores testem os limites físicos dessas partículas moles e das coisas feitas a partir delas - que variam de tecidos biológicos a amaciantes de roupas.

Os três estudos, liderado por Charles Schroeder, da Universidade de Illinois, o Ray e Beverly Mentzer Faculty Scholar de engenharia química e biomolecular, detalha a tecnologia e a aplicação da armadilha de Stokes - um método para manipular pequenas partículas usando apenas fluxo de fluido. No estudo mais recente, publicado no jornal Matéria Macia , a equipe usou a armadilha de Stokes para estudar a dinâmica das vesículas - partículas mole cheias de líquido que são versões despojadas de células e têm relevância direta para os sistemas biológicos, disseram os pesquisadores. Isso segue dois estudos recentes nas revistas Fluidos de revisão física e Revisão Física Aplicada que expandiu o poder do método de captura.

"Existem várias outras técnicas disponíveis para manipular pequenas partículas, como o método de armadilha ótica amplamente utilizado e vencedor do Prêmio Nobel que usa lasers cuidadosamente alinhados para capturar partículas, "disse Dinesh Kumar, um estudante de graduação em engenharia química e biomolecular e autor principal de dois dos estudos. "A armadilha de Stokes oferece várias vantagens sobre outros métodos, incluindo a facilidade de ampliação para estudar várias partículas e a capacidade de controlar a orientação e as trajetórias de partículas de diferentes formatos, como hastes ou esferas. "

Armado com a tecnologia aprimorada de armadilha Stokes, a equipe começou a entender a dinâmica das vesículas lipídicas quando elas estão longe de seu estado de equilíbrio normal.

"Queríamos entender o que acontece com essas partículas quando são puxadas por um fluxo forte, "Schroeder disse." Em aplicações do mundo real, esses materiais são esticados quando interagem entre si; eles são processados, injetada e constantemente submetida a tensões que levam à deformação. Como eles agem quando se deformam tem implicações importantes em seu uso, estabilidade e processabilidade de longo prazo. "

"Descobrimos que quando as vesículas são deformadas em um fluxo forte, eles se estendem em uma das três formas distintas - halteres simétricos, haltere assimétrico ou forma elipsóide, "Kumar disse." Observamos que essas transições de forma são independentes da diferença de viscosidade dos fluidos entre o interior e o exterior da vesícula. Isso demonstra que a armadilha de Stokes é uma maneira eficaz de medir a dinâmica de alongamento de materiais macios em solução e longe do equilíbrio. "

Com seus novos dados, a equipe foi capaz de produzir um diagrama de fase que pode ser usado por pesquisadores para determinar como certos tipos de fluxo de fluido influenciarão a deformação e, em última análise, as propriedades físicas das partículas macias quando puxadas de diferentes direções de fluxo.

"Por exemplo, produtos como amaciantes de roupas - que são compostos de suspensões de vesículas - não funcionam corretamente quando se agrupam, "Kumar disse." Usando a armadilha de Stokes, podemos descobrir quais tipos de interação de partículas fazem com que as vesículas se agregem e, então, projetar um material de melhor desempenho. "

A técnica é atualmente limitada pelo tamanho das partículas que a armadilha de Stokes pode capturar e manipular, disseram os pesquisadores. Eles estão trabalhando com partículas que geralmente são maiores que 100 nanômetros de diâmetro, mas para que esta tecnologia se aplique mais diretamente aos sistemas biológicos, eles precisarão ser capazes de agarrar partículas com diâmetro de 10 a 20 nanômetros - ou mesmo reduzi-las a uma única proteína.

A equipe está atualmente trabalhando para capturar partículas menores e colaborando com colegas da Universidade de Stanford para aplicar a armadilha de Stokes para estudar proteínas de membrana.