Integrazione di una struttura con Vorticella (Superiore, UN, B). Movimento ripetitivo di una struttura dovuto alla forza della Vorticella e del flusso (Inferiore, C, D). Credito:Toyohashi University of Technology.
Un team di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Toyohashi University of Technology ha sviluppato un metodo per costruire un sistema bioibrido che incorpora i microrganismi Vorticella. Il metodo consente di formare strutture mobili in un microcanale e combinarle con Vorticella. Inoltre, il sistema bioibrido dimostra la conversione del movimento dal movimento lineare alla rotazione. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati nel IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems l'11 aprile, 2019.
Sono necessari sistemi di controllo complessi per il funzionamento di microsistemi intelligenti, e le loro dimensioni dovrebbero essere ridotte. Le celle dovrebbero essere applicabili come alternative a questi complessi sistemi di controllo. Poiché una cellula integra molte funzioni nel suo corpo e risponde all'ambiente circostante, le celle sono intelligenti e possono essere utilizzate in sistemi micromeccanici intelligenti.
In particolare, La Vorticella convallaria ha un picciolo (lungo circa 100 µm) che si contrae e si rilassa, e funziona come un attuatore lineare autonomo. La combinazione di steli e strutture mobili formerà un microsistema autonomo. Però, la costruzione di sistemi bioibridi in un microcanale è difficile, in quanto è necessario stabilire un metodo di patterning cellulare e un processo di assemblaggio biocompatibile per la struttura e la cellula.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un metodo per costruire un sistema bioibrido che incorpora Vorticella. "Lo sfruttamento dei microrganismi richiede l'applicazione di un metodo di assemblaggio batch ai componenti mobili in un microcanale. È necessario modellare uno strato sacrificale solubile in acqua e confinare i componenti mobili in un microcanale, "dice Moeto Nagai, un docente presso la Toyohashi University of Technology e il leader del gruppo di ricerca. Le celle di vorticella sono state posizionate attorno ai blocchi nel canale applicando una forza magnetica. Questi processi sono stati applicati per dimostrare come Vorticella converte il movimento di un componente mobile.
Un canale è chiuso a bassa concentrazione di ioni calcio (a sinistra). Vorticella apre il canale ad alta concentrazione di ioni calcio (a destra). Credito:TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY.
"Il concetto di imbrigliare un componente a un microrganismo sembra semplice, ma è difficile anche per un esperto di microfabbricazione realizzare imbracature che possano seguire i movimenti dei microrganismi. Le sostanze chimiche pericolose dovrebbero essere evitate, e dovrebbe essere adottato un approccio multidisciplinare, " afferma Nagai. Il suo gruppo ha familiarità con la microfabbricazione e ha condotto una notevole ricerca nel campo della microbiologia. Hanno trovato un approccio biocompatibile per realizzare e rilasciare cablaggi in un microcanale.
Dopo il trattamento permeabilizzato, Gli steli di vorticella rispondono ai cambiamenti nella concentrazione di ioni calcio, e possono funzionare come valvole sensibili agli ioni di calcio. Il team di ricerca ritiene che i motori di Vorticella sensibili agli ioni calcio faciliteranno la realizzazione di valvole fluidiche autonome, regolatori, e miscelatori, così come microsistemi intelligenti indossabili, come una pompa di infusione di insulina automatizzata per il diabete.
