Een onderzoeksteam van de afdeling Werktuigbouwkunde van de Toyohashi University of Technology heeft een methode ontwikkeld om een ​​biohybride systeem te construeren waarin Vorticella-micro-organismen zijn verwerkt. De methode maakt het mogelijk om beweegbare structuren te vormen in een microkanaal en te combineren met Vorticella. In aanvulling, het biohybride systeem demonstreert de omzetting van beweging van lineaire beweging naar rotatie. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in de IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems op 11 april, 2019.

Voor de werking van slimme microsystemen zijn complexe besturingssystemen nodig, en hun afmetingen moeten worden verkleind. Cellen zullen naar verwachting toepasbaar zijn als alternatief voor deze complexe controlesystemen. Omdat een cel veel functies in zijn lichaam integreert en reageert op zijn omgeving, cellen zijn intelligent en kunnen worden gebruikt in slimme micromechanische systemen.

Vooral, Vorticella convallaria heeft een stengel (ongeveer 100 m lang) die samentrekt en ontspant, en het werkt als een autonome lineaire actuator. De combinatie van stengels en beweegbare structuren zal een autonoom microsysteem vormen. Echter, de constructie van biohybride systemen in een microkanaal is moeilijk, omdat het nodig is om een ​​celpatroonmethode en een biocompatibel assemblageproces voor de structuur en cel vast te stellen.

De onderzoeksgroep heeft een methode ontwikkeld om een ​​biohybride systeem te construeren waarin Vorticella is verwerkt. "Het benutten van micro-organismen vereist dat een batchassemblagemethode wordt toegepast op de beweegbare componenten in een microkanaal. Het is noodzakelijk om een ​​in water oplosbare opofferingslaag te vormen en de beweegbare componenten in een microkanaal op te sluiten, " zegt Moeto Nagai, een docent aan de Toyohashi University of Technology en de leider van het onderzoeksteam. Vorticella-cellen werden rond blokken in het kanaal geplaatst door magnetische kracht uit te oefenen. Deze processen werden toegepast om te demonstreren hoe Vorticella de beweging van een beweegbaar onderdeel omzet.

"Het concept om een ​​component te gebruiken voor een micro-organisme lijkt eenvoudig, maar het is zelfs voor een microfabricage-expert moeilijk om harnassen te maken die de bewegingen van micro-organismen kunnen volgen. Gevaarlijke chemicaliën moeten worden vermeden, en een multidisciplinaire aanpak moet worden gevolgd, ", zegt Nagai. Zijn groep is bekend met microfabricage en heeft veel onderzoek gedaan op het gebied van microbiologie. Ze hebben een biocompatibele aanpak gevonden voor het maken en vrijgeven van harnassen in een microkanaal.

Na gepermeabiliseerde behandeling, Vorticella-stengels reageren op veranderingen in de calciumionenconcentratie, en ze kunnen werken als op calciumionen reagerende kleppen. Het onderzoeksteam is van mening dat calciumion-gevoelige motoren van Vorticella de realisatie van autonome fluïdische kleppen zullen vergemakkelijken, regelgevers, en mixers, evenals draagbare slimme microsystemen, zoals een geautomatiseerde insuline-infusiepomp voor diabetes.