Ett inslag i science fiction -berättelser i årtionden, nanorobotpotentialen sträcker sig från cancerdiagnos och läkemedelsleverans till vävnadsreparation med mera. Ett stort hinder för dessa strävanden, dock, är att hitta ett sätt att billigt göra ett framdrivningssystem för dessa enheter. Ny utveckling kan nu driva nanosvimmare från science fiction till verklighet tack vare oväntad hjälp från bakterier.

Ett internationellt forskargrupp har visat en ny teknik för att plätera kiseldioxid på flagell, de spiralformade svansarna som finns på många bakterier, för att producera nanoskala simrobotar. Som rapporterades den här veckan i APL Material , gruppens biotemplerade nanosvimmare snurrar sin flagell tack vare roterande magnetfält och kan prestera nästan lika bra som levande bakterier.

"Vi har för första gången visat förmågan att använda bakteriell flagella som en mall för att bygga oorganiska spiraler, "sa Min Jun Kim, en av författarna till tidningen. "Det här är en ganska transformativ idé och kommer att ha stor inverkan på inte bara medicin utan även andra områden."

Jämfört med större former av vattenrörelse, nanosvimning beror på en förståelse av Reynolds -numret, de måttlösa mängder som relaterar vätskans hastighet, viskositet och storleken på föremål i vätskan. Med ett Reynolds-nummer på en miljonedel vårt eget, bakterier måste använda icke -ömsesidig rörelse i nära frånvaro av tröghetskrafter. Med hjälp av spiralformade svansar av ett protein som kallas flagellin, många bakteriearter navigerar relativt enkelt i dessa mikroskopiska förhållanden.

"Om vi ​​krympt till en bakteriestorlek, vi skulle inte kunna använda bröstet stroke för att röra sig genom vatten, "Sa Kim." Om bakterier var lika stora som oss, de kunde simma 100 meter på ungefär två sekunder. "

Andra nyligen utvecklade metoder för att konstruera dessa spiralformade strukturer använder komplicerade top-down-metoder, inklusive tekniker som involverar självrullande nanobälten eller lasrar. Användningen av denna specialiserade utrustning kan leda till mycket höga startkostnader för att bygga nanoroboter.

Istället, Kims team använde en bottom-up-strategi, först odla en stam av Salmonella typhimurium och ta bort flagellan. De använde sedan alkaliska lösningar för att fixa flagellan till önskad form och tonhöjd, vid vilken tidpunkt de pläterade proteinerna med kiseldioxid. Efter det, nickel deponerades på kiseldioxidmallarna, så att de kan styras av magnetfält.

"En utmaning var att se till att vi hade spiraler med samma kiralitet. Om du roterar en vänsterhänt helix och en högerhänt helix på samma sätt, de kommer att gå åt olika håll, "Sa Kim.

Laget tog sina nanoroboter för en snurr. När den utsätts för ett magnetfält, nanorobotarna höll jämna steg med sina bakteriella motsvarigheter och beräknades kunna täcka 22 mikrometer, mer än fyra gånger deras längd, om en sekund. Dessutom, laget kunde styra nanosvimmarna in på åtta åtta vägar.

Medan Kim sa att han ser potential för icke -ledande nanoskala spiraler inom området riktade cancerterapier, han tillade att med sitt lags arbete, man kan platta ledande material till flagellor och producera spiralformade material för elektronik och fotonik.