Ученые создали водоросли роботов для целевой доставки лекарств

Команда исследователей из Института интеллектуальных систем Макса Планка в Штутгарте разработала био-гибридного микроробота на основе водорослей, покрытого магнитным материалом, который сохраняет высокую скорость передвижения даже после покрытия. Работа опубликована в журнале Matter.

В природе одноклеточные микроводоросли размером всего в десять микрон демонстрируют выдающиеся способности к передвижению, используя два жгутика для плавания наподобие брасса. Ученые решили проверить, сохранят ли водоросли способность к плаванию, если покрыть их тонким слоем натурального полимера хитозана, смешанного с магнитными наночастицами.

Результаты показали, что дополнительная нагрузка практически не повлияла на скорость движения водорослей. Даже после намагничивания их средняя скорость составила 115 микрометров в секунду (примерно 12 длин тела в секунду), что значительно выше, чем у олимпийского пловца, который достигает около 1,4 длины тела в секунду.

Покрытие клеток заняло всего несколько минут, при этом девять из десяти водорослей успешно покрылись магнитными частицами. Вначале ученые протестировали своих био-гибридных микророботов в жидкости, по вязкости напоминающей воду. С помощью внешних магнитных полей они смогли управлять направлением движения водорослей и направлять их вдоль миниатюрных 3D-печатных цилиндров, где наибольшее измерение в три раза превышало размер микроводорослей.

«Мы обнаружили, что био-гибридные микророботы ориентируются в 3D-каналах тремя способами: возвращением назад, пересечением и магнитным пересечением. Без магнитного контроля водоросли часто застревали и возвращались в начало. Но под магнитным управлением они двигались более плавно, избегая границ», — объяснила Биргюль Акольпоглу.

Следующим шагом стало повышение вязкости жидкости до уровня, схожего с плотностью слизи, чтобы проверить, как это повлияет на движение микророботов. Ученые обнаружили, что при высокой вязкости роботы двигались медленнее и начинали колебаться, перемещаясь вперед по зигзагообразной траектории.

«Это показывает, что настройка вязкости и магнитного поля может оптимизировать передвижение микророботов в сложных средах», — добавила Балтаджи.

В перспективе ученые надеются использовать таких микророботов для работы в узких и сложных пространствах, например, в тканях организма. Подобные био-гибридные устройства могут стать ключом к созданию новых методов доставки лекарств, открывая путь к инновационным медицинским технологиям будущего.