Los investigadores separan las micropartículas según su tamaño y las guían por diferentes caminos
Las aplicaciones potenciales incluyen la administración de fármacos y el desarrollo de nuevos materiales
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Un equipo de investigadores de las Universidades de Tubinga, Bayreuth y Kassel y de la Academia Polaca de Ciencias ha desarrollado un método para controlar con precisión el movimiento de micropartículas magnéticas en función de su tamaño. Estas partículas en suspensión, conocidas como partículas coloidales, tienen un tamaño que oscila entre unas decenas de nanómetros y varios micrómetros. Controlarlas es importante para aplicaciones como la administración de fármacos, las pruebas médicas de laboratorio y la síntesis de nuevos materiales. El estudio del equipo internacional se ha publicado ahora en Physical Review Letters.
El nuevo método consiste en colocar las micropartículas sobre una capa magnética diseñada como un tablero de ajedrez. En estudios anteriores, el transporte magnético de las partículas coloidales se limitaba a una altura determinada. A esta distancia, aunque las fuerzas magnéticas parecen equilibrarse, las partículas se mueven independientemente de su tamaño. Por tanto, no era posible controlar las partículas específicamente en función de su tamaño.
Cuando se trata de partículas, el tamaño importa
Los investigadores han superado esta limitación acercando las partículas a la capa magnética. Esto hace que la diferencia en el tamaño de las partículas sea más evidente. "Al relajar la restricción de la altura, aprovechamos el hecho de que partículas de distintos tamaños experimentan el paisaje magnético de forma diferente", afirma el Dr. Daniel de las Heras, becario Heisenberg de la Universidad de Tubinga y autor correspondiente del estudio.
Los investigadores pueden controlar estas partículas utilizando un campo magnético externo uniforme y su orientación específica. Crean un paisaje energético dependiente de la posición y la altura de las micropartículas. Las orientaciones del campo magnético externo que alteran fundamentalmente la forma del paisaje energético son clave. Estas orientaciones tienen contornos en forma de diamante.
Si el campo magnético externo serpentea alrededor de estos contornos, las partículas se transportan entre dos celdas del patrón de tablero de ajedrez. El tamaño de estos contornos cambia a medida que aumenta el tamaño de las partículas. Esto permite a los investigadores controlar con precisión partículas de distintos tamaños de forma simultánea e independiente unas de otras. Así, un bucle del campo magnético puede ser lo suficientemente grande como para abarcar la trayectoria de una partícula grande y ponerla en movimiento, mientras que una partícula pequeña se queda inmóvil.
Movimiento de partículas resistente a perturbaciones externas
Para demostrar la precisión del método, los investigadores guiaron dos partículas de distinto tamaño para que trazaran simultáneamente las letras S y L a través del sustrato magnético. Este movimiento está topológicamente protegido, lo que significa que es robusto frente a perturbaciones externas e imperfecciones en el patrón. "Encadenando estos sencillos movimientos circulatorios, podemos generar trayectorias arbitrariamente complejas para distintas partículas al mismo tiempo", afirma Sebastian Wohlrab, primer autor del estudio. Este nivel de control programado allana el camino a nuevas tecnologías lab-on-a-chip y a la producción automatizada de materiales inteligentes, incluidos nanomateriales como los cristales fotónicos".
La Rectora de la Universidad de Tubinga, Karla Pollmann, acogió con satisfacción los resultados del estudio y destacó el gran potencial de la colaboración nacional e internacional para el avance técnico y la innovación en muchos campos.
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