La tecnología de microfluidos se ha vuelto cada vez más importante en muchos campos científicos como la medicina regenerativa, la microelectrónica y las ciencias ambientales. Sin embargo, las técnicas tradicionales de microfabricación enfrentan limitaciones en la escala de construcción y redes complejas. Estas limitaciones se vuelven aún más complejas cuando se trata de crear redes de microfluidos 3D más complejas.
Ahora, investigadores de la Universidad de Kyushu han desarrollado una técnica nueva y más sencilla para construir redes de microfluidos 3D tan complejas. ¿Su dispositivo? Plantas y hongos. El equipo creó un medio de “suelo” utilizando nanopartículas de vidrio (sílice) y un agente aglutinante a base de celulosa, y luego permitió que plantas y hongos echaran raíces en él. Después de retirar las plantas, el vidrio quedó con una compleja red de microfluidos 3D de agujeros huecos del tamaño de un micrómetro donde alguna vez estuvieron las raíces.
El nuevo método también se puede utilizar para observar y preservar estructuras biológicas tridimensionales que normalmente son difíciles de estudiar en el suelo, abriendo nuevas oportunidades de investigación en biología de plantas y hongos. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Informes científicos.
“La principal motivación de esta investigación fue superar las limitaciones de las técnicas tradicionales de microfabricación en la creación de estructuras microfluídicas 3D complejas. El enfoque de nuestro laboratorio es la biomimética, donde observamos la naturaleza e imitamos dichas estructuras artificialmente, tratando de resolver problemas de ingeniería”, explica Profesor Fujio Tasmori de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Kyushu, quien dirigió la investigación. “¿Y qué mejor ejemplo en la naturaleza de los microfluidos que las raíces de las plantas y las hifas de los hongos? Por eso, nos propusimos desarrollar un método que pudiera aprovechar los patrones de crecimiento natural de estos organismos y crear mejores redes de microfluidos”.
Los investigadores comenzaron preparando una mezcla similar a la “tierra” para que crecieran las plantas, pero en lugar de tierra, combinaron el medio de crecimiento con nanopartículas de vidrio de menos de 1 μm de diámetro de hidroxipropilmetilcelulosa como agente aglutinante. Luego sembraron esta mezcla de “tierra” y esperaron a que las plantas echaran raíces. Después de confirmar el crecimiento exitoso de la planta, se horneó la “tierra” dejando solo la cavidad de la raíz con vidrio.
“Este proceso se llama sinterización y fusiona partículas finas en un estado más sólido. Es similar a la pulvimetalurgia en la fabricación de cerámica”, continúa Tsumori. “En este caso es la planta la que moldea”.
Su método pudo simular las complejas estructuras biológicas de las raíces principales de las plantas, que pueden tener hasta 150 μm de diámetro, y hasta los pelos de la raíz, que pueden tener aproximadamente 8 μm de diámetro. Las pruebas con otros organismos demostraron que el método también podía imitar la estructura de las raíces de los hongos, llamadas hifas.
“Las hifas son aún más delgadas y pueden tener tan solo 1-2 μm de diámetro. Esto es más delgado que una hebra de seda de araña”, dice Tsumori.
El equipo espera que su nueva técnica de fabricación de microfluidos bioinspirada pueda usarse en una variedad de campos de la ciencia y la ingeniería, lo que podría conducir a microrreactores más eficientes, intercambiadores de calor avanzados y andamios de ingeniería de tejidos avanzados.
“En las ciencias biológicas, esta técnica proporciona una herramienta única para estudiar la compleja estructura tridimensional de las raíces de las plantas y las redes de hongos, lo que puede mejorar nuestra comprensión de los ecosistemas del suelo”, concluyó Tasmori. “Al combinar sistemas biológicos e ingeniería, nuestra investigación tiene el potencial de allanar el camino para nuevas tecnologías y descubrimientos científicos”.
