Микромерные ракеты могут двигаться по клеточным ландшафтам с высокой точностью

Лаборатория Томаса Маллока из Университета штата Пенсильвания показала, как микромерные «ракеты» с пузырьковым двигателем, работающие на акустических волнах, можно перемещать сквозь трехмерные структуры клеток и частиц, используя магниты.

В исследовании участвовали специалисты из Университета Сан-Диего и Харбинского политехнического института Шэньчжэня, сообщает eurekalert.org. Его результаты опубликованы в Science Advances.

Работа началась с фундаментального научного вопроса – можно ли создать нано- и микромерные сосуды на химическом топливе, способные путешествовать по человеческому организму. За 15 лет Малок с коллегами дали положительный ответ. Но использовать такие сосуды в биомедицинских системах было сложно из-за токсичности топлива, вроде перекиси водорода.

Группа Маллока обнаружила, что на роль горючего подходят звуковые волны. Пытаясь перемещать ракеты акустической левитацией, команда выяснила, что ультразвук заставляет роботов двигаться очень быстро. Ученые решили изучить феномен. Они разработали микромерные ракеты, напоминающие круглодонные чашки, длиной 10 и шириной 5 микрон. Для создания частиц использовалась лазерная литография. Внешний слой сделан из золота, внутренние – из никеля и полимера. Обработка гидрофобным материалом после нанесения оболочки заставила формироваться воздушный пузырек, захватываемый полостью ракеты. Ультразвуковые волны возбуждали его высокочастотными колебаниями на границе сред.

Пузырек превращался в мотор. Ракету можно было направлять внешним магнитным полем. Каждое устройство имеет собственную резонансную частоту, обеспечивающую независимое управление. Ракеты могут подниматься по микроскопическим лестницам и свободно плавать в 3 направлениях, используя специальные плавники.

Одной из уникальных способностей изделия стало точное перемещение других частиц и клеток даже в плотной среде. Роботизированные частицы толкают груз или используют технологию захватного луча.

Ракеты достаточно большие, чтобы не поддаваться действию броуновского движения, и маленькие – для перемещения объектов без влияния на окружение. Меняя количество акустического топлива, ученые смогли контролировать скорость устройства. Сейчас авторы рассматривают потенциальные области применения технологии. Они надеются создать управляемых роботов, выполняющих задачи в человеческом теле, вроде доставки препаратов.