Integration av en struktur med Vorticella (Övre, A, B). Upprepad rörelse av en struktur på grund av kraften i Vorticella och flöde (Nedre, C, D). Upphovsman:Toyohashi University of Technology.
Ett forskargrupp vid Institutionen för maskinteknik vid Toyohashi tekniska universitet har utvecklat en metod för att konstruera ett biohybridsystem som innehåller Vorticella -mikroorganismer. Metoden gör att rörliga strukturer kan formas i en mikrokanal och kombineras med Vorticella. Dessutom, biohybridsystemet visar omvandlingen av rörelse från linjär rörelse till rotation. Resultaten av deras forskning publicerades i IEEE/ASME Journal of Microelectromechanical Systems den 11 april, 2019.
Komplexa styrsystem krävs för drift av smarta mikrosystem, och deras storlekar bör minskas. Celler förväntas vara användbara som alternativ till dessa komplexa styrsystem. Eftersom en cell integrerar många funktioner i sin kropp och svarar på sin omgivande miljö, celler är intelligenta och kan användas i smarta mikromekaniska system.
Särskilt, Vorticella convallaria har en stjälk (cirka 100 μm lång) som drar ihop sig och slappnar av, och det fungerar som ett autonomt linjärt ställdon. Kombinationen av stjälkar och rörliga strukturer kommer att bilda ett autonomt mikrosystem. Dock, konstruktionen av biohybridsystem i en mikrokanal är svår, eftersom det är nödvändigt att upprätta en cellmönstermetod och en biokompatibel monteringsprocess för strukturen och cellen.
Forskargruppen har utvecklat en metod för att konstruera ett biohybridsystem som innehåller Vorticella. "För att utnyttja mikroorganismer krävs att en batchmonteringsmetod appliceras på de rörliga komponenterna i en mikrokanal. Det är nödvändigt att mönstra ett vattenlösligt offerskikt och begränsa de rörliga komponenterna i en mikrokanal, "säger Moeto Nagai, en föreläsare vid Toyohashi University of Technology och ledare för forskargruppen. Vorticellaceller placerades runt block i kanalen med magnetisk kraft. Dessa processer tillämpades för att demonstrera hur Vorticella omvandlar rörelsen hos en rörlig komponent.
En kanal stängs vid låg kalciumjonkoncentration (vänster). Vorticella öppnar kanalen vid hög kalciumjonkoncentration (höger). Upphovsman:TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY.
"Konceptet att utnyttja en komponent till en mikroorganism verkar enkelt, men det är svårt för ens en mikrofabriceringsexpert att göra selar som kan följa mikroorganismernas rörelser. Farliga kemikalier bör undvikas, och ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt bör vidtas, "säger Nagai. Hans grupp är bekant med mikrofabrikation och har bedrivit omfattande forskning inom mikrobiologi. De hittade ett biokompatibelt tillvägagångssätt för att göra och släppa selar i en mikrokanal.
Efter permeabiliserad behandling, Vorticella -stjälkar reagerar på förändringar i kalciumjonkoncentrationen, och de kan fungera som kalciumjonresponsiva ventiler. Forskargruppen tror att kalciumjonkänsliga motorer i Vorticella kommer att underlätta förverkligandet av autonoma fluidventiler, tillsynsmyndigheter, och blandare, samt bärbara smarta mikrosystem, till exempel en automatiserad insulininfusionspump för diabetes.
