Micropartículas con sentimiento

(Noticias de Nanowerk) La superficie de un coral es rugosa. Su esqueleto duro está poblado de pólipos, que extienden sus tentáculos en el agua circundante para filtrar la comida. Pero, ¿cómo fluye exactamente el agua sobre la superficie del coral, qué remolinos y corrientes se crean y qué significa esto para el suministro de oxígeno alrededor del coral y las algas asociadas? No ha habido respuesta a estas preguntas hasta el momento.

Ahora, un equipo de investigación internacional dirigido por Soeren Ahmerkamp del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Klaus Koren de la Universidad de Aarhus en Dinamarca y Lars Behrendt de la Universidad de Uppsala y SciLifeLab en Suecia ha desarrollado un método con el cual el flujo y las concentraciones de oxígeno se pueden examinar simultáneamente en escalas muy pequeñas (Métodos de informes de celdas«Visualización simultánea de campos de flujo y concentraciones de oxígeno para dilucidar procesos de transporte y metabólicos en sistemas biológicos»).

Ahora puedes ver como los corales crean una corriente con sus cilios y así aumentan el transporte de oxígeno.

Preciso y rápido como nunca antes

El oxígeno y la vida están inextricablemente vinculados, desde las células individuales hasta los organismos completos. Dentro de unos pocos micrómetros y en milisegundos, las concentraciones de oxígeno pueden cambiar debido a las corrientes o la actividad de los organismos. Los métodos existentes normalmente miden las concentraciones y los flujos de oxígeno por separado y, como resultado, no se pudieron discernir muchas correlaciones entre estos dos parámetros.

Ahmerkamp y sus colegas ahora están haciendo esto de una sola vez: miden las concentraciones de oxígeno y el flujo simultáneamente y con una precisión y velocidad sin precedentes.

Los investigadores llamaron a su método recientemente desarrollado sensPIV. PIV es la abreviatura de «Velocimetría de imagen de partículas», un método establecido para la medición de flujo con partículas. Ahora se suma el «sens», las partículas perciben su entorno químico.

El trabajo fue un desafío técnico. En un trabajo de detalle de filigrana, el equipo logró producir partículas diminutas con un diámetro de menos de 1 micra que se impregnan con un tinte fluorescente (a modo de comparación: un cabello humano tiene un diámetro de unas 100 micras). Este tinte brilla más cuanto menos oxígeno hay presente.

«Era particularmente importante que las partículas reaccionaran muy rápidamente a los cambios en la concentración de oxígeno. También necesitábamos cámaras especiales para registrar con precisión la fluorescencia”, explica el coautor Farooq Moin Jalaluddin del Instituto Max Planck en Bremen. Agrega: «Con el método sensPIV sensPIV podemos resolver flujos de líquido rápidos y de pequeña escala». Observe cómo respiran los corales: una cámara especial registra cómo las partículas sensibles al oxígeno fluyen a través de la superficie del coral. Esto permite a los investigadores ver directamente la interacción entre el campo de flujo y la concentración de oxígeno. (Imagen: Soeren Ahmerkamp, ​​Instituto Max Planck de Microbiología Marina)

Útil en medicina, biología y más

Los posibles usos de sensPIV son diversos. Muchos organismos interactúan con el oxígeno, por lo que sensPIV puede proporcionar respuestas a preguntas abiertas en las ciencias de la vida. Por ejemplo, Ahmerkamp y sus colegas no solo lo usaron para examinar los corales, sino también para observar de cerca cómo fluye el oxígeno a través de la arena. Incluso los procesos metabólicos a pequeña escala en microbios, animales y plantas pueden examinarse de esta manera.

Muchas otras aplicaciones surgen en microfluídica, que investiga cómo se comportan los líquidos en los espacios más pequeños, y en medicina.

La primera idea de este método surgió hace unos años. «Pero solo gracias al gran equipo internacional y nuestra estrecha colaboración fue posible que la idea se convirtiera en una aplicación funcional y versátil», dice Ahmerkamp. El equipo ahora espera futuras aplicaciones del método.

«Las partículas no son difíciles de producir si sabes cómo», dice Klaus Koren. También se está considerando un mayor desarrollo del método: “Nos gustaría hacer que sensPIV sea receptivo a sustancias distintas al oxígeno. Klaus ya está trabajando en ello”, añade Lars Behrendt.