La física de la picadura del mosquito y sus aplicaciones en ingeniería

Por Francisco R. Villatoro, el 30 septiembre, 2008. Categoría(s): Noticias ✎ 1

A nadie le gusta que le pinchen con una jeringuilla. La punción a través de la piel humana mediante una aguja hueca es el procedimiento médico invasivo más utilizado para inyectar o extraer líquidos en el cuerpo humano. Los ingenieros tratan de desarrollar nuevas jeringas que no sean dolorosas y que “no se noten”. Una línea de investigación son las microagujas hipodérmicas, que penetran del orden de 1.5 mm en la piel sin provocar dolor. Sin embargo, se han encontrado grandes dificultades en su desarrollo (es muy fácil que se partan). La picadura del mosquito no se nota (y su probóscide no se parte). ¿Por qué no imitarla en el desarrollo de microagujas? Para ello necesitamos conocer la física y la mecánica de la picadura del mosquito. M. K. Ramasubramanian et al., “Mechanics of a mosquito bite with applications to microneedle design,” Bioinspir. Biomim. 3, 046001, 2008 , presentan un primer estudio de la mecánica de la picadura de un mosquito. Su interés no es biológico. Su objetivo es desarrollar nuevas microagujas que no causen dolor (que no “se noten”) y que no se partan fácilmente. Los diabéticos desearán estar atentos a sus progresos.

El mosquito es un insecto díptero cuyas hembras (no así los machos) beben sangre (ambos géneros se alimentan del néctar de plantas). La hembra en su picadura inyecta un anticoagulante y, a veces, virus causantes de enfermedades, tales como malaria, fiebre del dengue, fiebre amarilla, etc., de los que las “mosquitas” son vectores (propagan la enfermedad a partir de un ser humano enfermo a otro). ¿Cómo estudiar la mecánica de la picadura?

Igual que el vuelo de una mosca (o de un mosquito), el análisis de la mecánica de la picadura de un mosquito requiere el uso de cámaras de video de alta velocidad y de modelos matemáticos, necesarios para  la “correcta” interpretación de los resultados experimentales. El probóscide de la “mosquita” es una microaguja polimérica compuesta de una material dúctil, la quitina (polisacárido que forma parte del cuerpo de muchos artóprodos). El modelo mecánico desarrollado por los autores aproxima el probóscide mediante un columna alargada (esbelta) soportada por una estructura elástica que sufre tanto cargas mecánicas no conservativas (tipo Beck) como conservativas (tipo Euler). No quiero entrar en los detalles técnicos. Los interesados en leer el artículo (pero no tienen acceso a las revistas del IOP) se alegrarán de saber que el artículo se basa en la tesis doctoral de uno de los autores (Oliver M. Barham) que está disponible gratuitamente en Internet. La tesis incluye códigos en Matlab para desarrollar las simulaciones del modelo matemático utilizado con lo que nos permite reproducir parte de los experimentos que han realizado los autores (de interés para profesores “curiosos”).

Desafortunadamente, las microagujas que se han fabricado hasta el momento imitando el probóscide del mosquito, fabricadas con silicio, con acero inoxidable o con titanio, suelen tener, más o menos, 1 mm de longitud, un diámetro de 40 μm y con una pared de una anchura de unas 1.6 μm. Sin embargo, son extremadamente frágiles y se rompen fácilmente mientras penetran en la piel. También se han propuesto microagujas flexibles fabricadas con polímeros (plásticos). Los autores creen que el gran hándicap en la fabricación de estas microagujas es que no se conoce con detalle la mecánica de la penetración del probóscide en la piel, con lo que su estudio, que trata de resolver este problema pretende ser un primer paso en esta interesante línea de trabajo. Aunque como siempre pasa en los primeros estudios de un campo nuevo, son más las preguntas que han surgido que las respuestas que se han ofrecido.

La Naturaleza siempre está por delante nuestra. Gracias a la selección natural, durante millones de años, ha logrado que las “mosquitas” posean un probóscide flexible, del tamaño de un cabello humano, que puede penetrar en la piel humana y succionar sangre sin que prácticamente lo notemos. ¡Qué maravilla de la Naturaleza! Los ingenieros tienen que estudiar la “biología” (biomecánica) para lograr ingenios biomiméticos capaces de lograr, con inteligencia, lo que una selección natural probabilística a logrado “a la perfección”.



1 Comentario

  1. Gracias por proporcionar una gran información, me ayudo mucho en mis estadísticas que estaba desarrollando para un trabajo de la Universidad. Mil gracias (Y)

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