Verdens mindste propel kunne bruges til mikroskopisk medicin

Hvis du troede, at den mest imponerende nyhed inden for krympende teknologi i disse dage var smarte ure, Tænk igen. Forskere arbejder stille og roligt i deres laboratorier for at skabe robotter, der kun er nanometer - milliarder af en meter - i længden, lille nok til at manøvrere inde i menneskekroppen og muligvis inde i menneskeceller. Virkningen af ​​disse mirakuløse mikroskopiske maskiner på medicin kan kun forestilles, men der er ingen tvivl om, at det bliver væsentligt.

Et af de første trin i at skabe disse robotter er at finde ud af, hvordan man får dem til at bevæge sig. I et papir offentliggjort i juni 2014-udgaven af ACS Nano , et israelsk og tysk hold meddelte, at det var lykkedes dem at skabe en lille skrueformet propel, der kan bevæge sig i en gel-lignende væske, efterligner miljøet inde i en levende organisme. Holdet består af forskere fra Technion-Israel Institute of Technologys Russell Berrie Nanotechnology Institute, Max Planck Institute for Intelligente Systems, og Institut for Fysisk Kemi ved Universitetet i Stuttgart, Tyskland.

Filamentet, der udgør propellen, lavet af silica og nikkel, er kun 70 nm i diameter; hele propellen er 400 nm lang. (En nanometer er en milliardtedel af en meter.) "Hvis du sammenligner diameteren af ​​[nanopropellerne] med en menneskelig blodcelle, så er [propellerne] 100 gange mindre, sagde Peer Fischer, medlem af forskerteamet og leder af Micro, Nano, og Molecular Systems Lab ved Max Planck Institute for Intelligent Systems. De er så små, faktisk, at deres bevægelse kan blive påvirket af bevægelsen af ​​nærliggende molekyler (kendt som Brownsk bevægelse).

Holdet vidste allerede, at små propeller bevægede sig godt gennem vandet, men for at teste om de kunne bevæge sig gennem levende organismer, de valgte hyaluronan, et materiale, der forekommer i hele menneskekroppen, inklusive ledvæsker i leddene og glaslegemet i dit øjeæble. Hyaluronangelen indeholder et net af lange proteiner kaldet polymerer; polymererne er store nok til at forhindre mikrometerstore propeller i at bevæge sig meget overhovedet. Men åbningerne er store nok til, at genstande på nanometerstørrelse kan passere igennem. Forskerne var i stand til at kontrollere propellernes bevægelse ved hjælp af et relativt svagt roterende magnetfelt.

Resultaterne var noget overraskende. Holdet forventede, at de ville have problemer med at kontrollere bevægelsen af ​​nanopropellerne, da de ved deres størrelse begynder at blive styret af diffusion, ligesom om de var molekyler. Men fordi nanopropellerne har samme størrelse som nettet i gelen, de "viser faktisk væsentligt forbedrede fremdriftshastigheder, overskrider de højeste hastigheder målt i glycerin sammenlignet med mikropropeller, som viser meget lav eller ubetydelig fremdrift, " sagde studiemedforfatter lektor Alex Leshanksy fra Technion Fakultet for Kemiteknik.

Mens nanopropellerne er forbløffende for deres tekniske kompleksitet, den virkelige betydning er, hvordan de kan påvirke medicin. "Man kan nu tænke på målrettede applikationer, for eksempel i øjet, hvor de kan flyttes til et præcist sted ved nethinden, " siger Fischer. Forskere kunne også vedhæfte "aktive molekyler" til spidserne af propellerne, eller brug propellerne til at levere små doser af stråling. Ansøgningerne virker brede, varieret, og spændende.