Micropartículas con sensación  

Investigadores desarrollan un nuevo método para medir simultáneamente el flujo y el oxígeno

25. Mayo 2022

La superficie de un coral es escarpada. Su esqueleto duro está poblado por pólipos que estiran sus tentáculos en el agua circundante para filtrar los alimentos. Pero, ¿cómo fluye exactamente el agua sobre la superficie del coral, qué remolinos y flujos se desarrollan, y qué significa esto para el suministro de oxígeno alrededor del coral y sus algas asociadas? Un equipo de investigación internacional que trabajó junto a 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 que permite estudiar el flujo y las concentraciones de oxígeno simultáneamente a escalas muy pequeñas. Ahora es posible ver cómo los corales generan un flujo con sus cilios, aumentando así el transporte de oxígeno.

El flujo de partículas recientemente desarrolladas a través de la superficie del coral es claramente visible.

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El flujo de partículas recientemente desarrolladas a través de la superficie del coral es claramente visible.

El oxígeno y la vida están inextricablemente vinculados, desde células individuales hasta organismos completos. A través de unos pocos micrómetros y en milisegundos, las concentraciones de oxígeno pueden cambiar como resultado del flujo o la actividad de los organismos. Los métodos existentes suelen medir las concentraciones y los flujos de oxígeno por separado y, como resultado, no se podían detectar muchas correlaciones entre estos dos parámetros. Ahmerkamp y sus colegas ahora están midiendo las concentraciones y el flujo de oxígeno simultáneamente y con una precisión y velocidad nunca antes alcanzadas. Los investigadores llamaron a su método recientemente desarrollado sensPIV. PIV es la abreviatura de "Particle Image Velocimetry", un método establecido para medir el flujo con partículas. Ahora se agrega el "sensor", las partículas sienten su entorno químico.

El trabajo fue un desafío técnico. En detalles complicados, el equipo logró producir partículas diminutas con un diámetro de menos de 1 micrómetro, que se empapan en un tinte luminiscente (en comparación: un cabello humano tiene un diámetro de aproximadamente 100 micrómetros). Este tinte brilla más cuanto menos oxígeno está presente. "Era particularmente importante que las partículas reaccionaran muy rápidamente a los cambios en las concentraciones de oxígeno. También necesitábamos cámaras especiales para registrar con precisión la fluorescencia", explica el coautor Farooq Moin Jalaluddin del Instituto Max Planck en Bremen. Y añade: "Con el método sensPIV sensPIV somos capaces de resolver en flujos de fluidos rápidos y a pequeña escala".

Las posibles aplicaciones de sensPIV son múltiples. Muchos organismos interactúan con el oxígeno y, por lo tanto, sensPIV puede proporcionar respuestas a preguntas abiertas en las ciencias de la vida. Ahmerkamp y sus colegas lo usaron, por ejemplo, no solo en corales, sino también para echar un vistazo detallado a cómo fluye el oxígeno a través de la arena. Los procesos metabólicos a pequeña escala en microbios, animales y plantas también se pueden estudiar de esta manera. Muchas otras aplicaciones están surgiendo en la microfluídica, que examina cómo se comportan los líquidos en los espacios más pequeños, y en la medicina.

La primera idea para este método surgió ya hace varios años. "Pero solo se pudo lograr a través del gran equipo internacional y nuestra estrecha cooperación que la idea ahora se haya convertido en una aplicación funcional y versátil", dice Ahmerkamp. Ahora el equipo está entusiasmado con las próximas aplicaciones del método. "Las partículas no son difíciles de producir una vez que sabes cómo", dice Klaus Koren. También están pensando en desarrollar aún más el método: "Nos gustaría hacer que sensPIV sea receptivo a sustancias distintas del oxígeno. Klaus ya está trabajando en ello", añade Lars Behrendt.


Una cámara especial registra cómo las partículas sensibles al oxígeno fluyen más allá de la superficie del coral. Esto permite a los investigadores ver directamente la interacción entre el campo de flujo y la concentración de oxígeno.

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Una cámara especial registra cómo las partículas sensibles al oxígeno fluyen más allá de la superficie del coral. Esto permite a los investigadores ver directamente la interacción entre el campo de flujo y la concentración de oxígeno.

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