Movement at the nanoscaleCatalytically and light driven micromotors

Resumo

Durante la ultima decada la creación de movimiento a la escala micro y nano ha evolucionado mucho y se ha convertido en un campo que connecta varias disciplinas de la ciencia. En su breve historia han sido la engeneria y la quimica las disciplinas leaderes, pero hoy en dia muchos impulsos vienen de la ciencia de materiales y la biotecnologia. Esta tesis comienca con un breve resumen de la base fisica, los diferentes tipos de motores y los mecanismos de propulsión y muy en seguida llega al uso de enzimas para generar movimiento. Como material para los motores nos hemos centrado en la silica, debido a sus propriedades unicas como la facilidad de modificarla, introducir funcionalidades y su toxicidad baja que facilita futures aplicaciones en ambitos biologicos. Por ello en el primer paso se sintetizaron diferentes tipos de particulas y se desarollaron hierramientas como la funcionalización de la superficie, la imobilización de materia catalitica (platino o enzimas) y la aplicación de moleculas como el ADN. Todo este conocimiento se combinó en el desarollo de una prueba de concepto de un sensor de ADN, baseado en la detección de movimiento. El motor que formó la base de este sensor se podia guardar durante un tiempo, pero al mismo momento se mostró muy sensible a temperaturas elevadas y un medio oxidante. Por ello optamos por mejorar el tiempo de vida de este tipo de motor baseado en enzimas, tal como su capacidad de ser reutilizado. Esto se conseguió encapsulando la catalasa y la evaluación de su performance demostró que la resistencia al peroxido, a temperaturas elevadas y (....) enzimas proteoliticas mejoraron drasticamente. Otro problema que intentamos solucionar en esta tesis es la direcionalidad de los micro motores y evaluando agentes direcionales se selecionó el magnetismo. En primer instante introducimos particulas de oxido de hierro, pero este metodo falló porque no se conseguió la asimitrización de los mismos. Por ello entramos en colaboración con Dr. Sanchez y aplicamos su metodo de fabricación de particulas Janus por evaporación de una multicapa magnetica. Las propriedades de esta multicapa nos capacitaron de guiar el movimiento de los motores aplicando campos magneticos. Para este tipo de motor direcionable sustituimos las enzimas por planito, un catalisador inorganico para la misma decomposición de peroxido. Esto crea un movimiento más uniforme, un porcentaje de particulas con catalizador más elevado y una incremento en la reproducibilidad de los experimentos. Todo esto nos facilitó el estudio del comportamiento de los motores Janus en diferentes ambitos, entre ello soluciones que contenian surfactantes. Adicionalmente se realizaron mediciones del potencial Zeta en las mismas soluciones y en presencia de surfactantes. Los resultados obtenidos pueden abrir el camino para un entendimiento mejor del mechanismo del movimiento por gradientes. Otro punto que aun es muy escarso en el campo son comparaciones entre diferentes tipos de micro motores. Asi siempre en colaboracion con el grupo de Sanchez comparamos estos resultados con resultados obtenidos por otro tipo de motor, los microjets. Comparando estos dos tipos de motores esperamos crear conecciones entre las varias areas del campo de micro motores para modularizar los conocimientos. Esto facilitará el traspaso del conocimiento de un tipo de motor y la aplicación a otros. La ultima parte de esta tesis surge de un proyecto a parte que nos capacitó de crear motores propulsados por luz. Se optimizó la precipitacion de AgCl particulas en forma de estrella y se caractizaron sus propriedades. Semejante a publicaciones de Sen et al. probamos el potencial de estas particulas como micro motores y vimos que luz ultravioleta es capaz de generar modificaciones en la superficie que liberan iones de cloro y causan movimientos propulsados por gradientes. El uso de estos micromotores nos llevó a la primer aplicación: limpieza de aguas de residuos por degradación de moleculas organicas y evaluamos las propriedades antibacteriales. Concluyendo se puede decir que hay optimismo que este trabajo aumenta el conocimiento sobre movimiento en la escala micro y será la base de futuros trabajos.