Flujo de líquido asimétrico en tubos helicoidales inspirados en intestinos de tiburón

A diferencia de los intestinos humanos, que son tubos largos y huecos, los intestinos de los tiburones y rayas contienen estructuras helicoidales interiores que rodean un agujero cilíndrico. Una función de estas estructuras puede ser la creación de un flujo asimétrico, favoreciendo el paso del líquido a lo largo del tracto digestivo, de anterior a posterior. Aquí, diseñamos e imprimimos en 3D modelos biomiméticos de intestinos de tiburón, tanto en materiales rígidos como deformables. Usamos los modelos rígidos para probar qué parámetros físicos de las hélices interiores (el paso, el radio del agujero, el ángulo de inclinación y el número de vueltas) producen las mayores asimetrías de flujo. Estas asimetrías superan a las de las válvulas Tesla tradicionales, estructuras diseñadas específicamente para crear asimetría de flujo sin partes móviles. Cuando imprimimos los modelos biomiméticos en materiales elastoméricos, de modo que el flujo pueda acoplarse a la forma de la estructura, la asimetría de flujo se amplifica significativamente; es siete veces mayor en estructuras deformables que en estructuras rígidas. Por último, imprimimos en 3D versiones deformables del intestino de un tiburón espinoso, basadas en un tomograma de una muestra biológica. Esta biomimética produce una asimetría de flujo comparable a las válvulas Tesla tradicionales. La capacidad de influir en la dirección de un flujo a través de una estructura tiene aplicaciones en tejidos biológicos y dispositivos artificiales a diferentes escalas, desde grandes tuberías industriales hasta pequeños dispositivos microfluídicos.