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innovadores menores de 35

Samuel Sánchez, 34

Sus nano y microrrobots tubulares podrían transportar espermatozoides, descontaminar el agua y entrar en células cancerígenas

Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes

Samuel Sánchez

Si se escudriña una muestra de sangre en un microscopio con suficientes aumentos pueden observarse sin dificultad muchos tipos de células: glóbulos rojos, linfocitos, monocitos, granulocitos y plaquetas. A esta comunidad podría sumarse en el futuro un diminuto robot a propulsión navegando entre ellos, al estilo del submarino Proteus en la novela Viaje Alucinante de Isaac Asimov. La nanociencia se acerca a pasos agigantados a las tecnologías que él imaginó.

Prueba de ello es que en el Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (Alemania) el joven investigador Samuel Sánchez crea desde hace varios años pequeños Proteus de distintas formas y tamaños. Estos microrrobots son dispositivos capaces de convertir energía en movimiento de forma autónoma y de reaccionar ante estímulos externos, como luz ultravioleta, campos magnéticos o diferencias en la composición y la temperatura del medio. Su pequeño tamaño y versatilidad los convierte en herramientas útiles para transportar fármacos, analizar fluidos y degradar contaminantes.

El chasis de estas micromáquinas es muy básico -normalmente un tubo o una esfera- cuyas superficies están funcionalizadas para desempeñar tareas concretas como el desplazamiento. Para ello Sánchez, doctor en Química por la Universidad Autónoma de Barcelona (España), les coloca metales o enzimas que reaccionan con el entorno y dotan al microrrobot de la capacidad de navegar -por agua y líquidos que imitan al flujo sanguíneo-, de atrapar células y de mover partículas. Su objetivo final es que estos dispositivos lleguen a "navegar in vivo, aíslen células dañadas, reparen tejidos y liberen fármacos en células cancerígenas", explica. 

Sánchez y su equipo comenzaron a trabajar en estos dispositivos durante su etapa en el Instituto de Investigación en Estado Sólido y Materiales Leibniz de Dresde (Alemania). En 2012, el joven recibió una beca 1,5 millones de euros del Consejo de Investigación Europeo para diseñar biosensores y herramientas de análisis basados en nanorrobótica.

Uno de los últimos robots creados por Sánchez y su grupo es un microtubo formado por una nanomembrana enrollada que puede utilizarse para la limpieza de aguas contaminadas. Este micromotor esta doblemente funcionalizado con capas de hierro y platino. Por un lado, el platino situado en la cara interna del tubo genera, en contacto con peróxido de hidrógeno presente en el medio experimental, un "chorro" de burbujas de oxígeno que salen por él y lo propulsan. Al mismo tiempo, el hierro del exterior de la nanomebrana genera iones que degradan contaminantes orgánicos en el agua (también en presencia de peróxido). Además, de forma sinérgica, los micromotores remueven el agua al desplazarse y hacen que la reacción de degradación sea hasta 12 veces rápida. El diseño y prueba de estos microdispositivos fue publicado en la revista ACS Nano en 2013.

Actualmente el mayor reto de Sánchez es lograr que sus robots puedan funcionar con combustibles biocompatibles para poder utilizarse en medicina. Aunque el peróxido es un combustible muy eficiente para sus motores, es tóxico en las concentraciones en las que realizan sus pruebas. Por eso están ideando sistemas que puedan funcionar con otros combustibles, como la glucosa, muy abundante en el cuerpo humano.

En esta línea, uno de sus últimos trabajos -publicado en Journal of Materials Chemisty- describe cómo han conseguido mover los microrrobots con luz ultravioleta. Aunque no necesitan peróxido, Sánchez reconoce que uno de los revisores se quejó de que la luz ultravioleta también era tóxica. "Nada es perfecto, pero buscamos alternativas muy activamente", afirma el joven.

Robots híbridos y perforadores

Sánchez y su equipo han sido pioneros en el diseño de robots híbridos formados por células vivas y microtubos. Uno de los más originales, publicado en Advanced Materials en 2013, es un microbiorrobot compuesto por espermatozoides encapsulados en microtubos magnéticos que pueden ser dirigidos desde el exterior con un imán. De esta forma, se puede liberar esperma en lugares predefinidos con mucha precisión, lo que podría ayudar a combatir la infertilidad masculina.

Otro de los dispositivos creados por Sánchez, durante su etapa en Dresde, fue registrado en el Libro Guiness de los Records como el "micromotor más pequeño del mundo". Su equipo lo usó después para llegar hasta células cancerígenas y penetrar en ellas, trabajo que publicaron en ACS Nano en 2012. Para lograrlo cambiaron la forma de la punta del tubo de manera que las burbujas propulsoras saliesen de él en un ángulo oblicuo. Esto hacía que el microtubo se moviera en una trayectoria en espiral, se incrustase en pared de la célula y la perforase.

Hasta ahora, la mayoría de los robots que ha creado con su equipo tienen un tamaño micrométrico y forma de tubo. Miden unas 20, 50 o 100 micras de largo y su pared es de unos 15 nanómetros. Para fabricarlos utilizan un innovador sistema de enrollamiento de capas de grosor nanométrico de diferentes materiales. Sánchez explica: "Utilizamos las propiedades mecánicas y estructurales de los átomos de la capa depositada para crear estrés. Después, el estrés se libera y la nanomembana se enrolla formando el tubo". El proceso es similar a estirar un póster y pegarlo sobre una pared. Si luego se despega sólo de la parte de abajo, la lámina se enrolla hacia arriba y forma un canuto.

Sánchez y su equipo están diseñando robots todavía más pequeños que los actuales y esperan publicar sus avances este año. No obstante, el investigador explica que a escala nanométrica su tecnología de enrollamiento topa con limitaciones físicas, lo que les ha obligado abuscar métodos alternativos de fabricación.

Según el responsable del Grupo de Física Experimental Nuclear y de Partículas Elementales del Instituto de Física de la UNAM (México), Arturo Menchaca, miembro del jurado de los premios MIT Technology Review Innovadores menores de 35 España, las "ingeniosas máquinas" de Sánchez le han merecido "un amplio reconocimiento científico" y pueden encontrar "numerosas aplicaciones en los campos de la medicina y el medio ambiente". - Elena Zafra

Aquí puedes ver el vídeo de la presentación de su proyecto en EmTech España 2014

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