I ricercatori della North Carolina State University e della Duke University hanno sviluppato un modo per assemblare e pre-programmare minuscole strutture fatte di cubi microscopici - "microbot origami" - per cambiare forma quando vengono azionate da un campo magnetico e poi, usando l'energia magnetica dal loro ambiente, eseguire una serie di attività, tra cui l'acquisizione e il trasporto di singole celle.

Le scoperte, pubblicato oggi in Progressi scientifici , spianare la strada a microbot e assiemi di micro-origami che possono fungere da strumenti di caratterizzazione cellulare, micromiscelatori fluidi, e componenti di muscoli artificiali e dispositivi biomimetici morbidi.

"Questa ricerca riguarda un argomento di interesse attuale:particelle attive che prendono energia dal loro ambiente e la convertono in movimento direzionale, " disse Orlin Velev, INVISTA Professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso lo stato NC e co-autore corrispondente dell'articolo.

Per creare l'origami del microbot, i ricercatori hanno iniziato con microscopici cubetti di polimero che sono metallici su un lato, essenzialmente permettendo al lato metallico di agire come un magnete. A seconda del loro posizionamento, i cubi possono essere assemblati in molti modi diversi.

"Dato che sono magnetizzati e interagiscono, i cubi immagazzinano energia, " ha detto Velev. "Piccole particelle a forma di cubi possono attaccarsi insieme in sequenze in cui si affacciano in direzioni diverse per creare, Per esempio, ammassi che si comportano come un minuscolo Pac-Man:puoi aprirli applicando un campo magnetico e poi lasciarli chiudere disattivando il campo magnetico. Si chiudono perché rilasciano l'energia magnetica immagazzinata. Così, inietti energia interna ogni volta che apri i microcluster e la rilasci quando si chiudono."

I ricercatori hanno quindi affidato al piccolo Pac-Man un compito specifico:catturare una cellula viva, in questo caso una cellula di lievito. Il microbot si è formato in una forma squadrata e, attraverso i suoi movimenti di apertura e chiusura, "nuotò" per circondare la cellula di lievito. I ricercatori hanno quindi disattivato il campo magnetico che controllava il ripiegamento del microbot per catturare la cellula di lievito, spostato e finalmente rilasciato.

"Abbiamo mostrato qui un prototipo di microbot ripiegabile, "Velev ha detto, "che può essere usato come un microstrumento per sondare la risposta di specifici tipi di cellule, come le cellule cancerose, ad esempio."

"Le strutture microrobotiche riportate in precedenza sono state limitate all'esecuzione di compiti semplici come spingere e penetrare oggetti a causa dei loro corpi rigidi. La capacità di controllare a distanza la riconfigurazione dinamica del nostro microbot crea una nuova "cassetta degli attrezzi" per manipolare oggetti in microscala e interagire con il suo microambiente , " ha detto Koohee Han, un dottorato di ricerca candidato a NC State e primo autore dell'articolo.

"Mentre il microbot si piega, può comprimere liquidi o solidi e puoi usarlo come strumento per misurare le proprietà meccaniche di massa, come rigidità, "ha detto Wyatt Shields, un ricercatore post-dottorato presso la Duke University e la NC State University, coautore del documento. "In alcuni modi, è un nuovo strumento metrologico per misurare l'elasticità a livello microscopico."

Gli autori affermano che il design degli origami di microbot imita la natura. "La sequenza del cubo programma le forme dei microbot pieghevoli. Le proteine ​​funzionano allo stesso modo, " ha detto Shields. "La sequenza di amminoacidi in una proteina determinerà come si piega, proprio come la sequenza di cubi nel nostro microbot determinerà come si piega."

Velev afferma che il lavoro futuro si concentrerà sul far muovere le particelle da sole, piuttosto che guidarli con campi magnetici. Han sta lavorando alla creazione di robot che si autoalimentano in fluidi complessi con un comportamento non newtoniano. Shields sta studiando come la dinamica del rimodellamento del microbot potrebbe essere utilizzata per studiare la microstruttura delle macromolecole circostanti.