MPI-IS
Исследовательницы из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка в Штутгарте разработали гибридных биологических нанороботов из микроводорослей, покрыв их магнитным материалом.
Ожидается, что разработку можно будет использовать для управляемой доставки лекарств в организм. В естественной среде одноклеточные микроводоросли размером в 10 микрон двигаются с помощью двух жгутиков, размещенных спереди. Исследовательницам было интересно, как изменится движение микроорганизмов после покрытия их тонким слоем натурального полимера хитозана, который улучшает адгезию
Ученые решили проверить, как будут двигаться такие биологические нанороботы в узких пространствах или в жидкости с плотностью подобной слизи. Оказалось, что созданные ими на основе зеленых водорослей микроскопические роботы-пловцы почти не потеряли своей подвижности после того, как получили дополнительную нагрузку в виде искусственного покрытия. Средняя скорость их перемещения составила 115 микрометров в секунду.
Руководительницы проекта Биргюль Аколпоглу и Саадет Фатма Балтачи в течение нескольких лет занимались исследованиями биологических нанороботов на основе микробактерий, движением которых можно управлять с помощью тонкого слоя магнитного покрытия. Погруженные в живые организмы и двигаясь сквозь имеющиеся там жидкости, они могут использоваться для направленной доставки лекарств.
Исследовательницы обратили внимание на микроводоросли. Они пытались сделать их функциональными и управляемыми с помощью магнитного покрытия. Нанести покрытие удалось за считанные минуты. Девять из десяти водорослей успешно удалось покрыть слоем магнитных наночастиц. Первые испытания гибридного биоробота были проведены в жидкости с плотностью, близкой к воде.
За счет использования внешних магнитных полей они смогли контролировать направление движения микроводорослей. После этого исследовательницы заставили одного из этих нанороботов двигаться вдоль напечатанных на 3D-принтере крошечных цилиндров, наибольший размер которых лишь втрое превышал размер самой микробактерии.
Для проверки эффективности управления исследовательницы создали две разных системы: одну с магнитными катушками, а вторую — с постоянными магнитами вокруг микроскопа, создавая однородное магнитное поле и постоянно меняя его направление.
«Мы обнаружили, что биогибриды микроводорослей перемещаются по напечатанным на 3D-принтере микроканалам тремя способами: двигаясь назад, двигаясь вперед и двигаясь под действием магнитов. Без магнитной навигации водоросли часто застревали и возвращались обратно к началу. Но с магнитным управлением они двигались более плавно, избегая границ. Магнитное наведение помогло биогибридам выровняться с направлением поля, продемонстрировав реальный потенциал для навигации в ограниченном пространстве — будто им дали крошечныйGPS!», — отмечает Биргюль Аколпоглу.
Далее исследовательницы использовали жидкость с более высокой вязкостью и заставили микроскопических роботов двигаться по узким каналам. По словам Саадет Балтачи, целью было проверить, как эти нанороботы будут двигаться в жидкости, подобной слизи. Она отметила, что вязкость влияет на способ, которым микроводоросли движутся вперед.
«Более высокая вязкость замедляет их и меняет способ, которым они плывут вперед. Когда мы применили магнитное поле, пловцы колебались, двигаясь вперед зигзагами. Это подчеркивает, как точная настройка вязкости и магнитное выравнивание могут оптимизировать навигацию микророботов в сложных средах», — добавила Саадет Балтачи.
Статья опубликована в журнале Matter
Источник: ScitechDaily