Går svømmende:Biotemplates gennembrud baner vej for billigere nanobotter

Et træk ved science fiction -historier i årtier, nanorobot -potentialet spænder fra kræftdiagnose og lægemiddellevering til vævsreparation og mere. En stor hindring for disse bestræbelser, imidlertid, er at finde en måde til billigt at lave et fremdriftssystem til disse enheder. Ny udvikling kan nu drive nanosvømmere fra science fiction til virkelighed takket være uventet hjælp fra bakterier.

Et internationalt forskerhold har demonstreret en ny teknik til at belægge silica på flagella, de spiralformede haler, der findes på mange bakterier, at producere nanoskala svømmerobotter. Som rapporteret i denne uge i APL materialer , gruppens biotemplerede nanosvimmere drejer deres flagella takket være roterende magnetfelter og kan udføre næsten lige så godt som levende bakterier.

"Vi har for første gang vist evnen til at bruge bakteriel flagella som en skabelon til opbygning af uorganiske spiraler, "sagde Min Jun Kim, en af ​​forfatterne til papiret. "Dette er en ganske transformerende idé og vil have stor indflydelse på ikke kun medicin, men også andre områder."

Sammenlignet med større former for vandbevægelse, nanosvømning afhænger af en forståelse af Reynolds -tallet, de dimensionsløse mængder, der relaterer væskehastighed, viskositet og størrelsen af ​​genstande i væsken. Med et Reynolds-nummer på en milliondel vores eget, bakterier skal bruge ikke -gensidig bevægelse i det nærmeste fravær af inertiekræfter. Ved hjælp af spiralformede haler lavet af et protein kaldet flagellin, mange bakteriearter navigerer relativt let i disse mikroskopiske forhold.

"Hvis vi blev krympet til en bakteriestørrelse, vi ville ikke være i stand til at bruge bryststreg til at bevæge sig gennem vand, "Sagde Kim." Hvis bakterier var på størrelse med os, de kunne svømme 100 meter på cirka to sekunder. "

Andre nyligt udviklede metoder til konstruktion af disse spiralformede strukturer anvender komplicerede top-down tilgange, herunder teknikker, der involverer selvrullende nanobelter eller lasere. Brugen af ​​dette specialudstyr kan føre til meget høje opstartsomkostninger til opbygning af nanorobots.

I stedet, Kims team brugte en bottom-up tilgang, først dyrkning af en stamme af Salmonella typhimurium og fjernelse af flagella. De brugte derefter alkaliske løsninger til at fastsætte flagellen i deres ønskede form og tonehøjde, på hvilket tidspunkt de belagte proteiner med silica. Efter det, nikkel blev deponeret på silica -skabelonerne, tillader dem at blive styret af magnetfelter.

"En udfordring var at sikre, at vi havde spiraler med samme chiralitet. Hvis du roterer en venstrehåndet helix og en højrehåndsspiral på samme måde, de vil gå i forskellige retninger, "Sagde Kim.

Holdet tog deres nanorobots til et spin. Når den udsættes for et magnetfelt, nanorobotterne holdt tempoet med deres bakterielle modstykker og forventedes at kunne dække 22 mikrometer, mere end fire gange deres længde, på et sekund. Ud over dette, holdet var i stand til at styre nanosvømmere ind på figur-otte stier.

Mens Kim sagde, at han ser potentiale for ikke -ledende nanoskala -spiraler inden for målrettet kræftbehandling, han tilføjede, at med sit teams arbejde, man kunne plade ledende materialer til flageller og producere spiralformede materialer til elektronik og fotonik.