Vizsnyiczai et al. Es mag wie aus einem Science-Fiction-Roman klingen, aber Forscher haben einen Weg gefunden, Mikromotoren mithilfe schwimmender Bakterien anzutreiben. Erstmals gelang es dem Team, die winzigen propellerähnlichen Strukturen durch Anpassung der Lichtverhältnisse in die gleiche Richtung drehen zu lassen.
Die neuen Mikromotoren können kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden und könnten zur gezielten Abgabe von Medikamenten zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt werden.
„Wir können große Anordnungen unabhängig gesteuerter Rotoren herstellen, die Licht als ultimative Energiequelle nutzen“, sagt Roberto DiLeonardo , Hauptautor von der Universität Sapienza in Rom.
„Unser Design kombiniert eine hohe Rotationsgeschwindigkeit mit einer enormen Reduzierung der Fluktuation im Vergleich zu früheren Versuchen, die auf Wildtyp-Bakterien und flachen Strukturen basieren.“
Sie können winzig sein weniger als einen Millimeter , aber Mikrobots werden voraussichtlich in einer Vielzahl von Anwendungen große Auswirkungen haben Verbesserung der Arzneimittelabgabe und Krankheitsdiagnose Zu Bewegen großer Objekte wie Autos , genau wie ein Ameisenhaufen.
Im letzten Jahrzehnt haben Forscher erforscht, wie Bakterien diese winzigen Maschinen antreiben können. Eine Studie zeigten, dass Lichtsignale genutzt werden können, um die Bewegungen von Bakterien zu steuern, die wiederum die Bewegungen von Mikrorobotern antreiben.
Den Forschern gelang es zwar, die Mikroroboter in Bewegung zu setzen, aufgrund der chaotischen Bewegungen der Bakterien gelang es ihnen jedoch nicht, sie mit der gleichen Geschwindigkeit voranzutreiben. Der schwierige Teil besteht darin, dass mit Bakterien gefüllte Flüssigkeiten nur dann eine brauchbare Treibstoffquelle für Mikroroboter sein können, wenn sich alle Bakterien in die gleiche Richtung bewegen.
Um dieses Problem anzugehen, konstruierten Di Leonardo und sein Team einen Mikromotor, der einen sanft schwimmenden, lichtempfindlichen Stamm beherbergen konnte E coli . An den Außenkanten der Spinneinheit des winzigen Motors befanden sich 15 Kammern mit abgewinkelten Rampen.
Als die Bakterien auf den Mikromotor zuschwammen, wurden sie von den abgewinkelten Rampen mit dem Kopf voran in die Kammern gedrückt. Durch die Bewegung ihrer Geißeln drehten sich die Mikromotoren und trieben den Mikromotor auf ähnliche Weise an, wie fließendes Wasser eine Wassermühle dreht.
Als nächstes setzte das Team die Reihe von Mikromotoren und schwimmenden Bakterien einer Lichtquelle aus. Sie konnten die Lichtstärke mithilfe eines Feedback-Algorithmus anpassen, der das Array in 10-Sekunden-Intervallen beleuchtete.
Durch die Anpassung des Lichts konnten die Forscher dafür sorgen, dass sich jeder Mikromotor mit nahezu derselben Geschwindigkeit in die gleiche Richtung drehte.
„Diese Geräte könnten eines Tages als kostengünstige Einweg-Aktuatoren in Mikrorobotern zum Sammeln und Sortieren einzelner Zellen in miniaturisierten biomedizinischen Labors dienen.“ sagt Di Leonardo .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .