Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Duke han desarrollado una forma de ensamblar y programar previamente pequeñas estructuras hechas de cubos microscópicos - "microbot origami" - para cambiar su forma cuando son activados por un campo magnético y luego, usando elLa energía magnética de su entorno, realiza una variedad de tareas, incluida la captura y el transporte de células individuales.
Los hallazgos, publicados hoy en Avances científicos allanar el camino para microbots y ensambles de micro-origami que pueden servir como herramientas de caracterización celular, micromixers fluidos y componentes de músculos artificiales y dispositivos biomiméticos blandos.
"Esta investigación trata sobre un tema de interés actual: partículas activas que toman energía de su entorno y la convierten en movimiento direccional", dijo Orlin Velev, profesor INVISTA de Ingeniería Química y Biomolecular en NC State y co-autor correspondiente deel papel.
Para crear el origami microbot, los investigadores comenzaron con cubos de polímero microscópicos que son metálicos en un lado, esencialmente permitiendo que el lado metálico actúe como un imán. Dependiendo de su posición, los cubos se pueden ensamblar de muchas maneras diferentes.
"Como están magnetizados e interactúan, los cubos almacenan energía", dijo Velev. "Las partículas diminutas en forma de cubos pueden unirse en secuencias donde se enfrentan en diferentes direcciones para formar, por ejemplo, grupos que se comportan como un pequeñoPac-Man: puede abrirlos aplicando un campo magnético y luego dejarlos cerrar apagando el campo magnético. Se cierran porque liberan la energía magnética almacenada. Por lo tanto, inyecta energía interna cada vez que abre los microclusters y liberacuando cierran "
Luego, los investigadores le dieron al pequeño Pac-Man una tarea específica: capturar una célula viva, en este caso una célula de levadura. El microbot se formó en forma cuadrada y, a través de sus movimientos de apertura y cierre, "nadó" para rodear la levaduraLuego, los investigadores desactivaron el campo magnético que controlaba el plegado del microbot para capturar la célula de levadura, la movieron y finalmente la liberaron.
"Hemos mostrado aquí un prototipo de microbot auto-plegable", dijo Velev, "que puede usarse como un microtool para investigar la respuesta de tipos específicos de células, como las células cancerosas, por ejemplo".
"Las estructuras microrobóticas informadas anteriormente se han limitado a realizar tareas simples como empujar y penetrar objetos debido a sus cuerpos rígidos. La capacidad de controlar de forma remota la reconfiguración dinámica de nuestro microbot crea una nueva 'caja de herramientas' para manipular objetos de microescala e interactuar consu microambiente ", dijo Koohee Han, un candidato a doctorado en NC State y primer autor del artículo.
"A medida que el microbot se pliega, puede comprimir líquidos o sólidos y puede usarlo como una herramienta para medir propiedades mecánicas a granel, como la rigidez", dijo Wyatt Shields, un investigador postdoctoral en la Universidad de Duke y la Universidad Estatal de Carolina del Norte que fue coautor"De alguna manera, es una nueva herramienta metrológica para medir la elasticidad a nivel microscópico".
Los autores dicen que el diseño del origami microbot imita la naturaleza. "La secuencia del cubo programa las formas de los microbots plegables. Las proteínas funcionan de la misma manera", dijo Shields. "La secuencia de aminoácidos en una proteína determinará cómopliegues, así como la secuencia de cubos en nuestro microbot determinará cómo se pliega ".
Velev dice que el trabajo futuro se concentrará en hacer que las partículas se muevan por sí mismas, en lugar de dirigirlas con campos magnéticos. Han está trabajando en hacer bots que se autopropulsen en fluidos complejos con un comportamiento no newtoniano. Shields está estudiando cómoLa dinámica de la remodelación del microbot podría usarse para estudiar la microestructura de las macromoléculas circundantes.
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Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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