Los cilios o flagelos son estructuras similares a pelos microscópicos que estánpresentes en muchos sistemas biológicos y que son usados por éstos para autopropulsarse, o remover cosas del entorno. La imagen más clásica es la del espermatozoide, que nada para fecundar al óvulo gracias a su cola que oscila. Esa cola es un flagelo y es movido por motores microscópicos.
También las bacterias, como la Escherichia Coli, se propulsan por flagelos que oscilan constantemente gracias a estos motores, mientras que a nivel sintético los microrrobots hacen lo propio copiando este complejo mecanismo biológico de locomoción.
Hasta hace poco se creía que la única forma en que los flagelos podrían oscilar era mediante motores que tuvieran partes rotatorias o un reloj interno.
Sin embargo, dos investigadores chilenos del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, acaban de publicar un estudio donde muestran que hay otros mecanismos más simples para lograrlo. Un hallazgo que abre la posibilidad de fabricar microrrobots que realicen tareas complejas sin necesidad de que cuenten con motores sofisticados, dice Rodrigo Soto, académico del Departamento de Física de la FCFM, director del Núcleo y uno de los autores del estudio.
Nuevos mecanismos
En su investigación, titulada “Active colloidal chains with cilia- and flagella-like motion” y que será publicada en la revista New Journal of Physics, los doctores Rodrigo Soto y Sebastián González tomaron un modelo artificial para estudiar la física de este sistema de locomoción a través de simulaciones. “Estudiamos si era posible reproducir el movimiento de los flagelos de espermatozoides con un modelo muy simple de partículas catalíticas activas. Estas últimas son pelotitas (de oro y platino) suspendidas en agua oxigenada, en cuya superficie se consume o produce hidrógeno, lo que crea movimiento. Lo que logramos es encontrar estructuras que oscilan (como espermios) con tan solo 6 partículas, que es probablemente el modelo más simple estudiado hasta el momento”, explica Sebastián González, investigador posdoctoral del Núcleo y autor del estudio.
Rodrigo Soto indica que estudios previos con oro, platino y agua oxigenada habían mostrado que eran posibles movimientos lineales. “Ahora sabemos que también pueden surgir movimientos oscilatorios y sin necesidad de un motor”, dice.
Los físicos también demostraron que el sistema artificial que simularon podía transportar carga, tal como lo hace un espermio en su cabeza al llevar información genética para fecundar al óvulo. “La gracia de esto es que la estructura que encontramos, esta cadena, tiene una química que se puede comportar como una cosa sólida o móvil, por lo que uno podría, por medios externos, controlar cuando se empieza a mover o no”, explica Sebastián González, quien en junio viaja a Alemania a probar experimentalmente este hallazgo.
Aplicaciones futuras
Aunque el trabajo de los físicos es teórico y busca ampliar el conocimiento en esta área, sus resultados pueden tener aplicaciones a futuro en nanotecnología y medicina.
Rodrigo Soto explica que descubrir este mecanismo más simple para lograr una movilidad oscilante tipo espermio, puede permitir crear diseños de microrrobots más simples que los actuales. “Si quieres un microrrobots que haga movimientos tipo flagelo, tienes que hacerlo con un motorcito con rodamientos, que es súper complicado. Lo que puedes hacer ahora es un microrrobot mucho más sencillo”, dice.
¿Para qué queremos hacer robots pequeñitos? El doctor Soto indica que varias aplicaciones que se están investigando en medicina buscan meter pequeños robots adentro del torrente sanguíneo para curar alguna enfermedad focalizadamente, como el cáncer, por ejemplo. Otras aplicaciones posibles son en nanotecnología, como partes de chips que se mueven con un fin. “Piezas móviles para celulares o computadores, por ejemplo, que hagan algún tipo de oscilación, tirando cosas para un lado y otro alternadamente”, dice Soto.
De hecho, actualmente se están desarrollando soluciones híbridas que incluyen componentes biológicos y artificiales en el campo de los micronadadores, por lo que entender la física de sus sistemas, es decir, sus propiedades, mecanismos o cómo se comportan en diversas situaciones, es crucial para su desarrollo.
