Udnyttelse af mikroorganismer til smarte mikrosystemer

Et forskerhold ved Institut for Maskinteknik ved Toyohashi University of Technology har udviklet en metode til at konstruere et biohybridsystem, der inkorporerer Vorticella-mikroorganismer. Metoden gør det muligt at danne bevægelige strukturer i en mikrokanal og kombineres med Vorticella. Ud over, biohybridsystemet demonstrerer omdannelsen af ​​bevægelse fra lineær bevægelse til rotation. Resultaterne af deres forskning blev offentliggjort i IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems den 11 april, 2019.

Komplekse kontrolsystemer er nødvendige for driften af ​​smarte mikrosystemer, og deres størrelser bør reduceres. Celler forventes at være anvendelige som alternativer til disse komplekse kontrolsystemer. Fordi en celle integrerer mange funktioner i sin krop og reagerer på sine omgivende omgivelser, celler er intelligente og kan bruges i smarte mikromekaniske systemer.

I særdeleshed, Vorticella convallaria har en stilk (ca. 100 μm i længden), der trækker sig sammen og slapper af, og den fungerer som en autonom lineær aktuator. Kombinationen af ​​stilke og bevægelige strukturer vil danne et autonomt mikrosystem. Imidlertid, konstruktionen af ​​biohybride systemer i en mikrokanal er vanskelig, da det er nødvendigt at etablere en cellemønstermetode og en biokompatibel samlingsproces for strukturen og cellen.

Forskergruppen har udviklet en metode til at konstruere et biohybridsystem, der inkorporerer Vorticella. "Udnyttelse af mikroorganismer kræver, at en batch-samlingsmetode anvendes på de bevægelige komponenter i en mikrokanal. Det er nødvendigt at mønstre et vandopløseligt offerlag og begrænse de bevægelige komponenter i en mikrokanal, "siger Moeto Nagai, en underviser ved Toyohashi University of Technology og leder af forskerholdet. Vorticella -celler blev placeret omkring blokke i kanalen ved at anvende magnetisk kraft. Disse processer blev anvendt for at demonstrere, hvordan Vorticella konverterer bevægelsen af ​​en bevægelig komponent.

"Konceptet med at udnytte en komponent til en mikroorganisme virker simpelt, men det er svært for selv en mikrofabrikationsekspert at lave seler, der kan følge mikroorganismers bevægelser. Farlige kemikalier bør undgås, og der bør tages en tværfaglig tilgang, " siger Nagai. Hans gruppe er bekendt med mikrofabrikation og har udført betydelig forskning inden for mikrobiologi. De fandt en biokompatibel tilgang til fremstilling og frigivelse af seler i en mikrokanal.

Efter permeabiliseret behandling, Vorticella stilke reagerer på ændringer i calciumionkoncentration, og de kan fungere som calciumion-responsive ventiler. Forskerholdet mener, at calciumionfølsomme motorer fra Vorticella vil lette realiseringen af ​​autonome fluidiske ventiler, regulatorer, og mixere, samt bærbare smarte mikrosystemer, såsom en automatiseret insulininfusionspumpe til diabetes.