En ny typ av mikromotor - som drivs av ultraljud och styrs av magneter - kan röra sig runt enskilda celler och mikroskopiska partiklar i trånga miljöer utan att skada dem. Tekniken kan öppna nya möjligheter för riktad läkemedelsleverans, nanomedicin, vävnadsteknik, regenerativ medicin och andra biomedicinska tillämpningar.

"Dessa mikrosimmare ger ett nytt sätt att manipulera enskilda partiklar med exakt kontroll och i tre dimensioner, utan att behöva göra speciella provberedningar, märkning, ytmodifiering, "sa Joseph Wang, professor i nanoengineering vid University of California San Diego.

Wang, med Thomas Mallouk, professor i kemi vid University of Pennsylvania, och Wei Wang, professor i materialvetenskap och teknik vid Harbin Institute of Technology i Kina, är ledande författare till ett papper som beskriver mikromotorerna, publicerad 25 oktober i Vetenskapliga framsteg .

Forskare använde mikromotorerna för att trycka runt enskilda kiseldioxidpartiklar och HeLa -celler i vattenhaltiga medier utan att störa intilliggande partiklar och celler. I en demonstration, de pressade runt partiklar för att stava ut bokstäver. Forskare kontrollerade också mikromotorerna för att klättra uppför mikrostorlekar och trappor, visar sin förmåga att röra sig över tredimensionella hinder.

Mikromotorerna är ihåliga, halvkapselformade polymerstrukturer belagda med guld. De innehåller en liten bit magnetiskt nickel i sina kroppar, vilket gör att de kan styras med magneter. Den inre ytan behandlas kemiskt för att stöta bort vatten så att när det är nedsänkt i vatten, en luftbubbla bildas spontant inuti mikromotorn.

Denna fångade bubbla gör att mikromotorn kan reagera på ultraljud. När ultraljudsvågor träffar, bubblan svänger inuti mikromotorn, skapa krafter som driver dess första rörelse. För att hålla mikromotorn i rörelse, forskare tillämpar ett externt magnetfält. Genom att ändra magnetfältets riktning, forskare kan styra mikromotorn i olika riktningar och ändra dess hastighet.

"Vi har mycket kontroll över rörelsen, till skillnad från en kemiskt driven mikromotor som förlitar sig på slumpmässig rörelse för att nå sitt mål, "sa Fernando Soto, en nanoingenjör Ph.D. student vid UC San Diego. "Också, ultraljud och magneter är biokompatibla, vilket gör detta mikromotorsystem attraktivt för användning i biologiska applikationer. "

Framtida förbättringar av mikromotorerna inkluderar att göra dem mer biokompatibla, som att bygga dem av biologiskt nedbrytbara polymerer och ersätta nickel med ett mindre giftigt magnetiskt material som järnoxid, sa forskare.