- La Universidad de Cornell ha desarrollado un sistema de chip de microburbujas de hidrógeno controlables, con potencial para la entrega de medicamentos.
- El sistema puede ser programado en tiempo real, controlando con precisión el tamaño y la cantidad de burbujas.
- El tamaño de las burbujas determina el flujo de líquidos, que debe coincidir con la frecuencia de ultrasonido de resonancia.
- Un voltaje más alto puede generar una nube de burbujas, logrando un flujo en una dirección específica.
Investigadores de la Universidad de Cornell han desarrollado un sistema basado en un chip que puede crear y controlar microburbujas de hidrógeno bajo demanda. A través de la dirección de las burbujas para manipular el flujo de líquidos, esta tecnología promete avanzar en aplicaciones como la entrega dirigida de medicamentos. En los experimentos, utilizaron la potencia de los ultrasonidos para proporcionar energía a las burbujas ubicadas en un área de 3 milímetros en el chip, controlando así el flujo de líquidos. El dispositivo genera estas burbujas en una malla de electrodos, logrando un control eléctrico.
Capacidad de programación en tiempo real del sistema
El nuevo sistema puede ser programado en tiempo real, permitiendo a los investigadores generar burbujas individuales en el momento y lugar deseados, controlar su tamaño y cantidad, y guiarlas electrónicamente. Pueden controlar el movimiento de las burbujas, ya sea individualmente o en grupos más grandes, lo que les permite dirigir el flujo de líquidos según sea necesario. Según los investigadores, esta tecnología puede tener aplicaciones en el ámbito médico, ya que allana el camino para la creación de dispositivos microfluídicos reconfigurables, permitiendo una entrega precisa de medicamentos. "Con esta matriz de burbujas, podemos controlar en tiempo real el tamaño, la cantidad y la posición de las burbujas, por lo que podemos programar la dirección del flujo", afirmó Zhang Zhiyuan, autor del nuevo estudio publicado en la revista Science Advances.
El tamaño de las burbujas determina el flujo de líquidos. Zhang Zhiyuan utilizó un chip fabricado en las instalaciones de ciencias y tecnologías a nanoescala de Cornell, que consta de nueve pequeños electrodos dispuestos en forma cuadrada, capaces de generar burbujas con un diámetro entre 10 micrómetros y 100 micrómetros. Para crear una burbuja de hidrógeno, descompuso moléculas de agua mediante electricidad. Si se aplica voltaje durante un tiempo más prolongado, las burbujas se vuelven más grandes. Después de generar las burbujas, los investigadores expusieron el sistema a energía acústica, donde los ultrasonidos hacen que las burbujas resuenen, generando vibraciones que impulsan el flujo del líquido circundante.
Relación entre el tamaño de las burbujas y el flujo
Los investigadores señalaron que el tamaño de las burbujas es crucial al controlar el flujo de líquidos. El tamaño de las burbujas determina la frecuencia de ultrasonido de resonancia requerida. Una frecuencia adecuadamente ajustada genera un flujo de líquido potente. Añadieron: "El tamaño de la burbuja determina su frecuencia de resonancia". El profesor Itai Cohen del departamento de física de la Universidad de Cornell comentó: "Si aplicas ultrasonido a 40 kHz y la burbuja es demasiado pequeña o demasiado grande, no oscilará significativamente. Pero si su tamaño es justo para resonar a 40 kHz, entonces generarás un gran flujo."
La investigación mostró que el flujo puede ser generado por una o múltiples burbujas. Cuando una burbuja individual se ajusta a la resonancia, crea flujo al transferir energía al líquido adyacente. Si múltiples burbujas trabajan juntas, generarán un flujo simétrico cuando tengan el mismo tamaño. Los experimentos demostraron que cuando las burbujas son de diferentes tamaños, la burbuja más grande dominará la dirección del flujo. Los investigadores indicaron que al cambiar la posición de las burbujas, también se puede lograr un movimiento programable, trasladando el flujo de izquierda a derecha, o guiando el movimiento en curva al alinear cinco burbujas en forma de L. Asimismo, pueden ajustar el flujo variando el voltaje.
Descubrieron que un voltaje más alto genera una nube de burbujas en un flujo rápido. Por lo tanto, solo necesitan activar los ultrasonidos para lanzar las burbujas en una dirección específica.
Potencial de aplicación de la tecnología de microburbujas de hidrógeno controlables
El desarrollo de esta tecnología marca un avance significativo en los dispositivos microfluídicos, permitiendo una entrega precisa de medicamentos. A través del control preciso de la generación y movimiento de burbujas, los investigadores pueden crear soluciones más flexibles para aplicaciones médicas. Además, la programabilidad de esta tecnología hace que su aplicación en diferentes contextos sea más viable, mejorando así la precisión y eficiencia de los tratamientos médicos.