El nanomotor más rápido y pequeño del mundo cabe dentro de una célula

Investigadores de la Escuela Cockrell de Ingeniería, de la Universidad de Texas en Austin (EE.UU.) han construido el minimotor sintético más pequeño, rápido y duradero existente hasta la fecha.

El nuevo nanomotor es un paso importante hacia el desarrollo de máquinas en miniatura que algún día podrían moverse a través del cuerpo para administrar insulina a los diabéticos, cuando fuera necesario, o tratar células cancerosas sin dañar las células sanas.

Con el objetivo de suministrar energía a estos dispositivos aún no inventados, los ingenieros de UT Austin se centraron en la construcción de una nanomotor fiable de ultra alta velocidad que pudiera convertir la energía eléctrica en movimiento mecánico en una escala 500 veces más pequeña que un grano de sal.

La profesora asistente de ingeniería mecánica Donglei «Emma» (su nombre/apodo en inglés) Fan dirigió un equipo de investigadores en el exitoso proceso de diseño, montaje y pruebas de un nanomotor de alto rendimiento en un entorno no-biológico. El nanomotor de tres partes del equipo puede mezclar e inyectar bioquímicos rápidamente y moverse a través de líquidos, lo cual es importante para aplicaciones futuras. El estudio ha sido publicado en la edición de abril de Nature Communications.

Fan y su equipo son los primeros en alcanzar la muy difícil meta de diseñar un nanomotor con una gran capacidad de manejo.

Al ser todas sus dimensiones menores de 1 micrómetro, el nanomotor podría encajar dentro de una célula humana y ser capaz de girar durante 15 horas continuadas a una velocidad de 18.000 RPM, la velocidad de un motor en un avión a reacción. Nanomotores comparables funcionan de forma significativamente más lenta, desde 14 RPM a 500 RPM, y sólo consiguen rotar entre unos segundos y unos cuantos minutos.

De cara al futuro, los nanomotores podrían avanzar en el campo de los sistemas nanoelectromecánicos (NEMS), un área centrada en el desarrollo de máquinas en miniatura que son más eficientes energéticamente y menos costosas de producir. En un futuro próximo, los investigadores creen que sus nanomotores podrían proporcionar un nuevo enfoque para la administración controlada de fármacos en las células vivas.

Pruebas

Para probar su capacidad para liberar fármacos, los investigadores recubrieron la superficie del nanomotor con bioquímicos e iniciaron el giro. Observaron que cuanto más rápido gira el nanomotor, más rápido libera los medicamentos.

«Hemos sido capaces de establecer y controlar la velocidad de liberación de moléculas por rotación mecánica, lo que significa que nuestro nanomotor es el primero de su especie que controla la liberación de fármacos», señala Fan en la nota de prensa de la Universidad. «Creemos que va a ayudar a avanzar en el estudio de la administración de fármacos y la comunicación entre células.»

Los investigadores han abordado dos grandes problemas de los nanomotores hasta el momento: el montaje y los controles. El equipo construyó y operó el nanomotor utilizando una técnica pendiente de patente que Fan inventó mientras estudiaba en la Universidad Johns Hopkins (Baltimore, Maryland, EE.UU.). La técnica se basa en campos eléctricos de corriente continua y corriente alterna para ensamblar las partes del nanomotor una por una.

En los experimentos, los investigadores utilizaron la técnica para encender y apagar los nanomotores e impulsar la rotación en sentido horario o antihorario.

Fan y su equipo planean desarrollar nuevos controles mecánicos y sensores químicos que puedan ser integrados en los dispositivos nanoelectromecánicos. Pero primero tienen previsto poner a prueba sus nanomotores cerca de una célula viva, lo que les permitirá medir cómo liberan moléculas de una forma controlada.

Referencia bibliográfica:

Kwanoh Kim, Xiaobin Xu, Jianhe Guo, D. L. Fan. Ultrahigh-speed rotating nanoelectromechanical system devices assembled from nanoscale building blocks. Nature Communications (2014). DOI: 10.1038/ncomms4632.