Mikromotorer skubber rundt på enkelte celler og partikler

En ny type mikromotor – drevet af ultralyd og styret af magneter – kan bevæge sig rundt i individuelle celler og mikroskopiske partikler i overfyldte omgivelser uden at beskadige dem. Teknologien kan åbne op for nye muligheder for målrettet medicinlevering, nanomedicin, vævsteknik, regenerativ medicin og andre biomedicinske anvendelser.

"Disse mikrosvømmere giver en ny måde at manipulere enkeltpartikler med præcis kontrol og i tre dimensioner, uden at skulle lave speciel prøveforberedelse, mærkning, overflademodifikation, " sagde Joseph Wang, en professor i nanoteknik ved University of California San Diego.

Wang, med Thomas Mallouk, professor i kemi ved University of Pennsylvania, og Wei Wang, en professor i materialevidenskab og teknik ved Harbin Institute of Technology i Kina, er seniorforfattere til et papir, der beskriver mikromotorerne, udgivet 25. oktober i Videnskabens fremskridt .

Forskere brugte mikromotorerne til at skubbe rundt på individuelle silicapartikler og HeLa-celler i vandige medier uden at forstyrre nabopartikler og celler. I en demonstration, de skubbede rundt på partikler for at stave bogstaver. Forskere kontrollerede også mikromotorerne til at klatre op ad små blokke og trapper, demonstrerer deres evne til at bevæge sig over tredimensionelle forhindringer.

Mikromotorerne er hule, halvkapselformede polymerstrukturer belagt med guld. De indeholder et lille stykke magnetisk nikkel i deres kroppe, som gør det muligt at styre dem med magneter. Den indvendige overflade er kemisk behandlet for at afvise vand, så når den er nedsænket i vand, en luftboble dannes spontant inde i mikromotoren.

Denne fangede boble gør det muligt for mikromotoren at reagere på ultralyd. Når ultralydsbølger rammer, boblen svinger inde i mikromotoren, skabe kræfter, der driver dens indledende bevægelse. For at holde mikromotoren i bevægelse, forskere anvender et eksternt magnetfelt. Ved at ændre retningen af ​​magnetfeltet, forskere kan styre mikromotoren i forskellige retninger og ændre dens hastighed.

"Vi har meget kontrol over bevægelsen, i modsætning til en kemisk drevet mikromotor, der er afhængig af tilfældig bevægelse for at nå sit mål, sagde Fernando Soto, en nanoingeniør Ph.D. studerende ved UC San Diego. "Også, ultralyd og magneter er biokompatible, gør dette mikromotoriske system attraktivt til brug i biologiske applikationer."

Fremtidige forbedringer af mikromotorerne inkluderer at gøre dem mere biokompatible, såsom at bygge dem af biologisk nedbrydelige polymerer og erstatte nikkel med et mindre giftigt magnetisk materiale såsom jernoxid, sagde forskere.