Вчені одягли бактерій-пловців у «броню» та керують ними за допомогою магнітів

MPI-IS

Дослідниці з Інституту інтелектуальних систем ім. Макса Планка у Штутгарті розробили гібридних біологічних нанороботів з мікроводоростей, покривши їх магнітним матеріалом.

Очікується, що розробку можна буде використовувати для керованої доставки ліків в організм. У природному середовищі одноклітинні мікроводорості розміром у 10 мікрон рухаються за допомогою двох джгутиків, розміщених спереду. Дослідницям було цікаво, як зміниться рух мікроорганізмів після покриття їх тонким шаром натурального полімеру хітозану, який покращує адгезію

зчеплення поверхонь різнорідних твердих та/або рідких тіл. Адгезія зумовлена міжмолекулярними взаємодіями в поверхневому шарі та характеризується питомою роботою, необхідною для поділу поверхонь. До хітозану також було додано суміш з магнітними наночастинками.

Вчені вирішили перевірити, як будуть рухатись такі біологічні нанороботи у вузьких просторах або ж у рідині із щільністю подібною до слизу. Виявилось, що створені ними на основі зелених водоростей мікроскопічні роботи-плавці майже не втратили своєї рухливості після того, як отримали додаткове навантаження у вигляді штучного покриття. Середня швидкість їхнього переміщення склала 115 мікрометрів на секунду.

MPI-IS

Керівниці проєкту Біргюль Аколпоглу та Саадет Фатма Балтачі протягом кількох років займались дослідженнями біологічних нанороботів на основі мікробактерій, рухом яких можна керувати за допомогою тонкого шару магнітного покриття. Занурені у живі організми та рухаючись крізь наявні там рідини, вони можуть використовуватись для спрямованої доставки ліків.

Дослідниці звернули увагу на мікроводорості. Вони намагались зробити їх функціональними та керованими за допомогою магнітного покриття. Нанести покриття вдалось за лічені хвилини. Дев’ять з десяти водоростей успішно вдалось покрити шаром магнітних наночастинок. Перші випробування гібридного біоробота були проведені у рідині із щільністю, близькою до води.

За рахунок використання зовнішніх магнітних полів вони змогли контролювати напрямок, у якому рухаються їхні мікроводорості. Після цього дослідниці змусили одного з цих нанороботів рухатись вздовж надрукованих на 3D-принтері крихітніх циліндрів, найбільший розмір яких лише втричі перевищував розмір самої мікробактерії.

Спецпроєкти

Для перевірки ефективності керування дослідниці створили дві різних системи: одну з магнітними котушками, а другу — з постійними магнітами навколо мікроскопа, створюючи однорідне магнітне поле і постійно змінюючи його напрямок.

«Ми виявили, що біогібриди мікроводоростей переміщуються по надрукованих на 3D-принтері мікроканалах трьома способами: рухаючись назад, рухаючись вперед і рухаючись під дією магнитів. Без магнітної навігації водорості часто застрягали і поверталися назад до початку. Але з магнітним керуванням вони рухалися більш плавно, уникаючи кордонів. Магнітне наведення допомогло біогібридам вирівнятися з напрямком поля, продемонструвавши реальний потенціал для навігації в обмеженому просторі — ніби дати їм крихітний GPS !», — зазначає Біргюль Аколпоглу.

Далі дослідниці використали рідину із більш високою в’язкістю та змусили мікроскопічних роботів рухатись вузькими каналами. За словами Саадет Балтачі, метою було перевірити, як ці нанороботи рухатимуться у рідині, подібній до слизу. Він зазначив, що в’язкість впливає на спосіб, яким мікроводорості рухаються вперед.

«Вища в’язкість уповільнює їх і змінює спосіб, яким вони пливуть вперед. Коли ми застосували магнітне поле, плавці коливалися, рухаючись вперед зигзагами. Це підкреслює, як точне налаштування в’язкості та магнітне вирівнювання можуть оптимізувати навігацію мікророботів у складних середовищах», — додала Саадет Балтачі.

Вчені одягли бактерій-пловців у «броню» та керують ними за допомогою магнітів — їх запускатимуть в організм людини