Investigadores de la EPFL han desarrollado un método innovador que utiliza ondas sonoras para impulsar objetos flotantes alrededor de obstáculos en el agua. Este nuevo enfoque de inspiración óptica tiene potencial para importantes aplicaciones biomédicas, como la administración de fármacos dirigidos no invasivos.
Arthur Ashkin recibió el Premio Nobel de Física en 2018 por desarrollar unas pinzas ópticas, rayos láser capaces de manipular partículas microscópicas. Si bien las pinzas ópticas son útiles para una variedad de propósitos biológicos, requieren condiciones constantes y altamente reguladas para funcionar de manera efectiva.
Según Romain Fleury, director del Laboratorio de Ingeniería de Ondas de la Escuela de Ingeniería de la EPFL, las pinzas ópticas funcionan creando un «punto caliente» de luz para atrapar partículas, similar a una bola que cae en un agujero. Sin embargo, si hay otros objetos cerca, establecer y maniobrar este «agujero» es un desafío.
Durante los últimos cuatro años, Fleury y los investigadores postdoctorales Bakhtiyar Orazbayev y Matthieu Malléjac han estado utilizando ondas sonoras para manipular objetos en sistemas dinámicos e impredecibles. El enfoque del equipo, llamado modelado del momento de las olas, no depende del entorno ni de las propiedades físicas del material. Todo lo que se requiere es la posición del objeto y las ondas sonoras se encargan del resto.
«En nuestros experimentos, empujamos los objetos lentamente porque se podía guiar un disco con un palo de hockey en lugar de agarrarlos». Fleury explica.
En los experimentos del laboratorio, ondas sonoras audibles que emanaban de un conjunto de altavoces guiaban una pelota de ping-pong flotante a lo largo de un camino predeterminado. Un segundo conjunto de micrófonos registró retroalimentación cuando las ondas sonoras interactuaban con la pelota, lo que permitió a los investigadores calcular la velocidad óptima de las ondas sonoras en tiempo real.
Basado en la conservación del impulso, este método es simple y prometedor. Inspirado en la técnica óptica del diseño de frente de onda, representa la primera aplicación del movimiento de un objeto. Además, el método del grupo es versátil, ya que no se limita a mover objetos esféricos a lo largo de un camino, sino que puede controlar rotaciones y mover flotadores complejos como un loto de origami.
Después de guiar con éxito la pelota de ping-pong, los científicos llevaron a cabo más experimentos utilizando obstáculos fijos y móviles para introducir complejidad en el sistema. Maniobrar la pelota alrededor de estos objetos demuestra la eficacia de dar forma al impulso de las olas en entornos dinámicos y sin restricciones, como el cuerpo humano. Fleury destaca que el sonido es una herramienta muy prometedora para aplicaciones biomédicas debido a su naturaleza no invasiva y no invasiva.
«Algunos sistemas de administración de fármacos utilizan ondas sonoras para liberar fármacos ya adheridos, por lo que esta técnica es muy atractiva para impulsar un fármaco directamente hacia las células tumorales, por ejemplo». Fleury Él dice.
Las posibles aplicaciones de este método son realmente interesantes, especialmente en los campos del bioanálisis y la ingeniería de tejidos. Manipular las ondas sonoras en lugar de tocar físicamente las células reduce significativamente el riesgo de daño o contaminación. Además, la posibilidad de utilizar este método con luz en el futuro abre posibilidades aún más interesantes.
El siguiente objetivo de los investigadores era trasladar sus experimentos basados en sonido de la escala macro a la micro. Con la financiación del SNSF asegurada, ahora están listos para realizar experimentos bajo el microscopio, utilizando ondas ultrasónicas para manipular células con precisión a escala microscópica.
Nota del diario:
- Bakhtiyar Orasbayev, Mathieu Mallejack, Nicolas Bachelard, Stephen Rotter y Romain Fleury. Modelado del momento de onda para objetos en movimiento en medios heterogéneos y dinámicos. Física Natural, 2024; DOI: 10.1038/s41567-024-02538-5
«Amateur Internet empollón. Twitter aficionado. Introvertido típico. Experta en café. Amante de la cerveza. Alimentos aficionado.»
