به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ در طبیعت، ریزجلبک‌های تک سلولی، فقط ۱۰ میکرون اندازه دارند و شناگران استثنایی هستند که توسط ۲ تاژک شلاق مانند در جلو حرکت می‌کنند. حال محققان این سوال را از خود پرسیدند که اگر یک لایه نازک از پلیمر طبیعی یا کیتوسان را برای چسبندگی بهتر با نانوذرات مغناطیسی پوشش دهند، عملکرد آنها چگونه خواهد بود؟ آیا باز هم این شناگران کوچک می‌توانند در فضاهای تنگ حرکت کنند و اگر به اندازه کافی چالش برانگیز نبود، خود را از طریق مایع چسبناکی با چگالی شبیه به مخاط به حرکت درآورند؟

شناگران میکرو تحرک با سرعت بالا را حفظ می‌کنند

دانشمندان دریافتند که شناگران ریز مبتنی بر جلبک سبز به سختی تحت تأثیر بار اضافی قرار گرفتند. جلبک‌ها با تاژک‌های خود که حرکت سینه‌ای را انجام می‌دهند، مانند گلوله‌ای سریع به جلو منجنیق می‌شوند. با وجود پوشش، آنها سرعت شنای خود را پس از مغناطیس شدن حفظ کردند و میانگین سرعت شنای خود را ۱۱۵ میکرومتر در ثانیه (حدود ۱۲ طول بدن‌ در ثانیه) نشان دادند. برای اینکه این سرعت را با سرعت انسان مقایسه کنید، باید بگوییم «مایکل فلپس»، شناگر برنده المپیک می‌تواند نهایتا با سرعت ۱/۴ طول بدن در ثانیه شنا کند. توجه داشته باشید که این جلبک فقط یک سلول بدون دست و پا است.

بیشتر بخوانید:

ساخت سفره ماهی رباتیک با استفاده از سلول های قلب موش

«بیرگول آکولپوغلو» و «سعادت فاطما بالتاچی»، که این مطالعه را رهبری کردند، دانشمندانی از بخش هوش فیزیکی در موسسه ماکس پلانک هستند. آنها چند سال پیش بررسی کردند که چگونه شناگران میکرو مبتنی بر باکتری را می‌توان به صورت مغناطیسی در فضاهای سیال برای کاربردهای دارورسانی کنترل کرد. اما اکنون توجه خود را به ریزجلبک‌ها معطوف کرده‌اند. هدف آنها این بود که سطح موجودات تک سلولی را با یک ماده مغناطیسی فعال کنند تا بتوان آنها را در هر جهت دلخواه هدایت کرد؛ یعنی تبدیل ریزجلبک‌ها به یک ریزربات.

فرمان میکرو شناگران مغناطیسی در فضاهای محدود

پوشش سلول‌ها تنها چند دقیقه طول کشید و در نهایت از هر ۱۰ جلبک، ۹ جلبک با نانوذرات مغناطیسی پوشانده شدند. این تیم ابتدا ربات بیوهیبریدی خود را که در مایعی به غلظت آب شنا می‌کرد، آزمایش کردند و با استفاده از میدان‌های مغناطیسی خارجی توانستند جهت شنا کردن ریزجلبک‌ها را کنترل کنند.

محققان سپس ربات خود را در امتداد استوانه‌های مینیاتوری چاپ سه‌بعدی هدایت کردند و محیطی بسیار محدود را ایجاد کردند که بزرگ‌ترین بعد آن فقط سه برابر اندازه ریزجلبک‌های کوچک بود. برای بررسی موفقیت‌آمیز بودن فرمان، تیم ۲ سیستم مختلف راه‌اندازی کرد: یکی با سیم‌پیچ‌های مغناطیسی و دیگری با آهنرباهای دائمی در اطراف میکروسکوپ خود. آنها یک میدان مغناطیسی یکنواخت ایجاد کردند و بارها جهت آن را تغییر دادند.

آنها دریافتند که ربات‌های جلبکی به سه طریق در میکروکانال‌های چاپ سه‌بعدی حرکت می‌کنند: عقب‌گرد، عبور، و عبور مغناطیسی. بدون هدایت مغناطیسی، جلبک‌ها اغلب گیر می‌کردند و به سمت شروع حرکت می‌کردند. اما با کنترل مغناطیسی، آنها به آرامی حرکت می‌کردند و قادر بودند که خود را از دیواره‌ها دور نگه دارند. هدایت مغناطیسی به بیوهیبریدها کمک کرد تا با جهت میدان هماهنگ شوند و پتانسیل واقعی برای پیمایش در فضاهای محدود را نشان دهند؛ به نوعی مانند دادن یک GPS کوچه به آنها.

آزمایش در محیط‌های چسبناک

در مرحله بعدی، تیم تحقیقاتی ویسکوزیته سیال را افزایش داد و میکروربات‌های را وارد کانال‌های باریک کرد.

آنها می‌گویند: ما می‌خواستیم آزمایش کنیم که شناگران ما در چیزی شبیه به مخاط عمل می‌کنند. متوجه شدیم که ویسکوزیته بر نحوه شنا کردن بیوهیبریدهای ریزجلبکی تأثیر می‌گذارد. ویسکوزیته بالاتر سرعت آنها را کاهش می‌دهد و نحوه شنای آنها را به جلو تغییر می‌دهد. وقتی میدان مغناطیسی را اعمال می‌کنیم، شناگران نوسان می‌کردند.

این تیم تحقیقاتی می‌گوید: چشم‌انداز ما استفاده از میکروربات‌ها در محیط‌های پیچیده و کوچکی است که بسیار محدود هستند، مانند مواردی که در بافت‌های ما یافت می‌شود. یافته‌های ما درها را به روی کاربردهایی مانند تحویل هدفمند دارو، ارائه یک راه‌حل زیست سازگار برای درمان‌های پزشکی با پتانسیل هیجان‌انگیز برای نوآوری‌های آینده در زیست پزشکی و فراتر از آن، باز می‌کند.

در ادامه می‌توانید ویدئوی مربوط به این ربات را تماشا کنید:

انتهای پیام/