science >> Wetenschap >  >> Elektronica

Micromotoren duwen rond enkele cellen en deeltjes

Een nieuw type micromotor - aangedreven door ultrasoon geluid en gestuurd door magneten - kan rond individuele cellen en microscopisch kleine deeltjes in drukke omgevingen bewegen zonder ze te beschadigen. De technologie zou nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor gerichte medicijnafgifte, nanogeneeskunde, weefsel engineering, regeneratieve geneeskunde en andere biomedische toepassingen.

"Deze microzwemmers bieden een nieuwe manier om afzonderlijke deeltjes te manipuleren met nauwkeurige controle en in drie dimensies, zonder speciale monstervoorbereiding, etikettering, oppervlakte modificatie, " zei Joseph Wang, een professor in nano-engineering aan de Universiteit van Californië in San Diego.

Wang, met Thomas Mallouk, een professor in de chemie aan de Universiteit van Pennsylvania, en Wei Wang, een professor in materiaalkunde en techniek aan het Harbin Institute of Technology in China, zijn senior auteurs van een paper waarin de micromotoren worden beschreven, gepubliceerd op 25 oktober in wetenschappelijke vooruitgang .

Onderzoekers gebruikten de micromotoren om afzonderlijke silicadeeltjes en HeLa-cellen in waterige media rond te duwen zonder naburige deeltjes en cellen te verstoren. In een demonstratie ze duwden deeltjes rond om letters te spellen. Onderzoekers bestuurden ook de micromotoren om microscopisch kleine blokken en trappen te beklimmen, demonstreren hun vermogen om over driedimensionale obstakels te bewegen.

De micromotoren zijn hol, halve capsulevormige polymeerstructuren bedekt met goud. Ze bevatten een klein stukje magnetisch nikkel in hun lichaam, waardoor ze met magneten kunnen worden bestuurd. Het binnenoppervlak is chemisch behandeld om water af te stoten, zodat wanneer het wordt ondergedompeld in water, er vormt zich spontaan een luchtbel in de micromotor.

Ultrasound/magneet-aangedreven micromotoren in actie. Video illustreert fabricage van de micromotoren, een micromotor die individuele silicadeeltjes en HeLa-cellen voortstuwt, en een micromotor die microscopisch kleine trappen opklimt. Krediet:Liqiang Ren en Fernando Soto
Het trapklimproces van de microzwemmer:een animatie om het proces te demonstreren van de microzwemmer die 3D-trappen beklimt. Krediet:Fernando Soto

Door deze opgesloten bel kan de micromotor reageren op ultrageluid. Wanneer ultrasone golven raken, de bel oscilleert in de micromotor, het creëren van krachten die de initiële beweging voortstuwen. Om de micromotor in beweging te houden, onderzoekers passen een extern magnetisch veld toe. Door de richting van het magnetische veld te veranderen, onderzoekers kunnen de micromotor in verschillende richtingen sturen en de snelheid aanpassen.

Het gedrag van de microzwemmer:een animatie om te laten zien hoe de microzwemmer reageert op externe akoestische en magnetische velden. Krediet:Fernando Soto

"We hebben veel controle over de beweging, in tegenstelling tot een chemisch aangedreven micromotor die afhankelijk is van willekeurige beweging om zijn doel te bereiken, " zei Fernando Soto, een nano-engineering Ph.D. student aan UC San Diego. "Ook, echografie en magneten zijn biocompatibel, waardoor dit micromotorsysteem aantrekkelijk is voor gebruik in biologische toepassingen."

Deeltjesprinten:een experimentele video om het proces van het printen van PSU met 4um silicadeeltjes door een microzwemmer te demonstreren. Krediet:Liqiang Ren

Toekomstige verbeteringen aan de micromotoren zijn onder meer om ze meer biocompatibel te maken, zoals het bouwen van biologisch afbreekbare polymeren en het vervangen van nikkel door een minder giftig magnetisch materiaal zoals ijzeroxide, aldus onderzoekers.