Una característica de las historias de ciencia ficción durante décadas, el potencial de nanorobot abarca desde el diagnóstico de cáncer y la administración de medicamentos hasta la reparación de tejidos y más. Sin embargo, un obstáculo importante para estos esfuerzos es encontrar una manera de hacer un sistema de propulsión a bajo costo para estos dispositivos. Nuevolos desarrollos ahora pueden impulsar a los nanoswimmers de la ciencia ficción a la realidad gracias a la ayuda inesperada de las bacterias.
Un equipo de investigación internacional ha demostrado una nueva técnica para colocar sílice en flagelos, las colas en forma de hélice que se encuentran en muchas bacterias, para producir robots de natación a nanoescala. Como se informó esta semana en Materiales APL , de AIP Publishing, los nano-nadadores biotempulados del grupo hacen girar sus flagelos gracias a los campos magnéticos giratorios y pueden funcionar casi tan bien como las bacterias vivas.
"Hemos demostrado por primera vez la capacidad de utilizar flagelos bacterianos como plantilla para construir hélices inorgánicas", dijo Min Jun Kim, uno de los autores del artículo. "Esta es una idea bastante transformadora y tendrá una gran ideaimpacto no solo en la medicina sino también en otros campos ".
En comparación con las formas más grandes de movimiento acuático, la nano-natación depende de la comprensión del número de Reynolds, las cantidades adimensionales que relacionan la velocidad del fluido, la viscosidad y el tamaño de los objetos en el fluido. Con un número de Reynolds de la millonésima parte de nuestra propia bacteriadebe usar un movimiento no recíproco en ausencia de fuerzas de inercia. Usando colas helicoidales hechas de una proteína llamada flagelina, muchas especies de bacterias navegan estas condiciones microscópicas con relativa facilidad.
"Si nos encogiéramos al tamaño de una bacteria, no podríamos usar el derrame cerebral para movernos a través del agua", dijo Kim. "Si las bacterias fueran del tamaño de nosotros, podrían nadar unos 100 metros aproximadamentedos segundos."
Otros métodos desarrollados recientemente para construir estas estructuras helicoidales emplean enfoques complicados de arriba hacia abajo, incluidas técnicas que involucran nanobelts o láseres de desplazamiento automático. El uso de este equipo especializado puede generar costos de arranque muy altos para construir nanorobots.
En cambio, el equipo de Kim utilizó un enfoque de abajo hacia arriba, primero cultivando una cepa de Salmonella typhimurium y eliminando los flagelos. Luego usaron soluciones alcalinas para fijar los flagelos en su forma y tono deseados, en cuyo punto colocaron las proteínas en sílice.Después de eso, se depositó níquel en las plantillas de sílice, lo que les permitió ser controlados por campos magnéticos.
"Un desafío era asegurarnos de que tuviéramos hélices con la misma quiralidad. Si giras una hélice zurda y una hélice derecha de la misma manera, irán en diferentes direcciones", dijo Kim.
El equipo llevó a sus nanorobots a dar una vuelta. Cuando se expusieron a un campo magnético, los nanorobots mantuvieron el ritmo con sus contrapartes bacterianas y se proyectó que podrían cubrir 22 micrómetros, más de cuatro veces su longitud, en un segundo.Además de esto, el equipo pudo dirigir a los nanoswimmers hacia caminos de figura ocho.
Si bien Kim dijo que ve potencial para hélices nanoconductoras no conductoras en el área de terapias dirigidas contra el cáncer, agregó que con el trabajo de su equipo, uno podría colocar materiales conductores en flagelos y producir materiales helicoidales para electrónica y fotónica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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