Ученые одели бактерий-пловцов в «броню» и управляют ими с помощью магнитов — их будут запускать в организм человека

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

сцепление поверхностей разнородных твердых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярными взаимодействиями в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей]. К хитозану также была добавлена смесь с магнитными наночастицами.

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.

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.

Статья опубликована в журнале Matter

Источник: ScitechDaily