Una trampa magnética para regular el movimiento Browniano

Físicos en los EE.UU. han creado una trampa magnética que puede contener partículas microscópicas a pesar del movimiento browniano. La trampa, que se basa en una estructura magnetizada en forma de zig-zag de nanocables, podría ayudar a los investigadores a llevar a cabo experimentos químicos o biológicos en un entorno de microfluidos, donde los fluidos son geométricamente limitados a una escala submilimétrica.

La microfluídica es un campo emergente que implica el desplazamiento de cantidades de líquidos a través de  canales de micras de anchura. La capacidad de realizar mediciones en pequeñas cantidades es útil para muchos investigadores en química, biología y medicina que tienen que trabajar con materiales que son caros o difíciles de sintetizar, como nuevos fármacos. Por otra parte, varios sistemas de microfluidos pueden ser incorporados en conjunto, permitiendo la creación de “laboratorios en un chip”;  plataformas para el estudio de los procesos químicos.

Un requisito fundamental de la microfluídica y la nanotecnología en general, sin embargo, es la capacidad de manipular la trayectoria de los objetos en el rango de 100 nm a 10 micras, donde los movimientos al azar, impulsados térmicamente -llamado movimiento browniano- juegan un papel importante. Se han propuesto diversas técnicas, pero cada una tiene sus inconvenientes. Por ejemplo, las pinzas ópticas pueden atrapar partículas con el campo eléctrico creado por un rayo láser enfocado, sin embargo, este proceso puede causar un calentamiento local. Mientras tanto, las pinzas dieléctricas operan mediante la imposición de un campo eléctrico entre electrodos, sin embargo, éstos también pueden afectar el medio ambiente local.

Ahora, Aaron Chen y sus colegas de la Universidad de Ohio en Columbus, EE.UU., han llegado con una trampa de partículas que pueden presentar una forma de evitar estas dificultades. La trampa consiste en un alambre magnético de hierro y cobalto en forma de zig-zag sobre una superficie de silicio. Los investigadores  aplicaron primero un campo magnético fuerte para que los puntos del cable sufrieran una magnetización hacia o desde cada vértice, lo que genera que los campos actúen como monopolos y trampas magnéticas en los vértices. A continuación, se aplican campos magnéticos más débiles, que afinan la fuerza de la trampa y por lo tanto cambian el comportamiento de las partículas.

Chen su grupo utilizaron óxido de hierro encapsulado en un polímero, con un radio total de 0,28 a 0,6 micras. Esta composición de  partículas presenta un carácter superparamagnético, de modo que pudieran ser magnetizadas en los campos de la trampa de modo relativamente débil, sin mostrar ninguna magnetización remanente por sí mismos. Utilizando una cámara CCD, los investigadores observaron que las partículas se quedaban en la trampa a menos de 100 nm. En otras palabras, la trampa podría regular el movimiento browniano de una partícula sin definir  por completo.

Stephen Russek, físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, en Colorado, EE.UU., cataloga el experimento como un avance considerable. “Además de ser capaces de localizar y atrapar una partícula en un sitio en particular, Chen y su equipo han demostrado que pueden controlar su movimiento browniano, que es un paso importante en el control de la dinámica de reacciones de cualquier biomolécula adjunta “, dice. “Los principales avances en física se realizan en torno a lo tecnológico en lugar de un esclarecimiento de nuevos fenómenos físicos. El control del movimiento browniano es una de las varias fluctuaciones estocásticas que deben ser controladas para permitir un control preciso de  procesos biológicos in vitro o in vivo ”

Lars Egil Helseth,  experto en trampas magnéticas de la Universidad de Bergen en Noruega, está de acuerdo en que todavía hay inconvenientes con la técnica de los investigadores del Estado de Ohio. ”Su microestructura es fija y no se puede mover a voluntad para captar cuentas como se podía hacer con trampas ópticas y móviles de paredes de dominio magnético”, dice, que es un problema para las múltiples aplicaciones que requieren trampas móviles. También señala que los autores utilizan una estructura de tamaño micrométrico, que prohíbe el confinamiento y control en volúmenes muy pequeños. “Aunque  partes del experimento están muy bien, creo que se requieren  otras soluciones para satisfacer las demandas en biofísica, por ejemplo”, añade.

Sin embargo, Chen y sus colegas planean ahora ampliar su técnica de movimiento más allá del control de sólo partículas individuales. “La investigación de cómo las partículas múltiples interactúan dentro de una trampa como esta será nuestra meta principal”, dice.

Autor: Jon Cartwright

Enlace original: Zigzag nanowire regulates Brownian motion