Posibilitatea de a interveni direct la nivel microscopic primește o nouă perspectivă prin crearea unor nanoroboți acționați de lumină, capabili să caute, să adune și să relocheze bacterii. Proiectați de o echipă de cercetători de la Universitatea din Würzburg (JMU), acești roboți au dimensiuni de aproximativ 50 de ori mai mici decât diametrul unui fir de păr uman și acționează ca niște veritabile echipe microscopice de curățenie. Tehnologia utilizează forța de recul generată de fotoni pentru propulsie și control, oferind o precizie remarcabilă în manipularea organismelor unicelulare în medii lichide.
- Dispozitivele create la Universitatea din Würzburg au dimensiuni sub un micrometru, fiind de 50 de ori mai subțiri decât un fir de păr uman.
- Propulsia este asigurată de reculul individual al fotonilor absorbiți și reemiși de nanoantene integrate.
- Manevrarea și direcția se realizează prin modificarea polarizării luminii incidente.
- Studiul care detaliază tehnologia a fost publicat în revista de specialitate Nature Communications.
Simplificarea designului permite operarea directă în lumea microbiană
Liderii cercetării subliniază că reducerea dimensiunilor a fost pasul decisiv pentru a putea lucra direct cu organisme microbiene. Experții au explicat modul în care noua structură simplificată schimbă modul de lucru la scară nanometrică.
„În esență, am construit un nanorobot acționat de lumină care poate localiza și colecta bacterii”, explică Jin Qin, cercetătorul principal al studiului. „Prin simplificarea designului, am ajuns la o dimensiune la care acești roboți pot opera direct în lumea microbiană – aproape ca niște dispozitive de curățare microscopice.”
Pentru a pune în mișcare dispozitive mai mici de un micrometru, echipa a integrat antene plasmonice la scară nanometrică. Acestea absorb lumina și o reemit într-o direcție specifică. Reorientarea fiecărui foton creează o forță de recul similară în principiu cu reculul unei arme de foc, iar datorită masei extrem de mici a nanorobotului, impulsul generează o accelerație substanțială.
Schimbarea direcției de polarizare a luminii le permite cercetătorilor să ghideze dispozitivele cu precizie, menținând în același timp propulsia înainte oferită de fotoni.
Sistemul de direcție se bazează pe firele de antenă incorporate, care se aliniază natural cu direcția de polarizare a luminii incidente. Astfel, prin ajustarea polarizării, robotul își schimba direcția de deplasare și poate executa viraje de 90 de grade extrem de rapide pentru a scana eficient suprafața unei probe.
Lumina devine un instrument activ pentru modelarea mediului microscopic
Pe lângă aspectele tehnice de propulsie, coordonatorii proiectului evidențiază schimbarea de paradigmă pe care o aduce utilizarea luminii ca instrument mecanic direct.
„Acesta este un exemplu frapant al modului în care lumina poate fi utilizată nu doar pentru a observa lumea microscopică, ci și pentru a o modela în mod activ”, a subliniat profesorul Bert Hecht, coordonatorul echipei de cercetare. „Ideea unor curățători robotici minusculi poate suna futuristică, dar noi demonstrăm deja principiile fizice care o fac posibilă.”
Chiar și atunci când transportă grupuri mai mari de bacterii, microdispozitivele își păstrează capacitatea de direcționare și manevrabilitate, deși viteza lor scade moderat sub sarcină.
Controlarea și deplasarea cu precizie a obiectelor biologice la această scară a reprezentat o provocare constantă. În practică, un astfel de control la scară nanometrică ar putea facilita colectarea selectivă a probelor biologice sau livrarea de precizie a materialelor în medii celulare complexe.
Ce aplicații biomedicale sau de cercetare credeți că ar putea avea acești nanoroboți în viitor? Vă invităm să vă exprimați părerea în secțiunea de comentarii.
