Questo piccolo robot alimentato dal laser può manipolare singole cellule

Questo piccolo robot alimentato dal laser può manipolare singole cellule

I nanorobot sono grandi classici della fantascienza, aprono la strada a veri miracoli nell’ingegneria e nella medicina e talvolta servono come base per una nuova generazione di superumani. Ma nel mondo reale, sono attualmente confinati nelle provette di laboratorio che lavorano sull’argomento. La maggior parte degli esperti ritiene che sarà necessario attendere progressi significativi nelle tecniche di miniaturizzazione e nella scienza dei materiali prima che tali macchine possano essere sfruttate su larga scala.

Ma ciò non impedisce ai ricercatori di muoversi in questa direzione. Guida con gli ultimi lavori dell'Istituto di ricerca ungherese; In un articolo individuato da Advanced Science News, un team ha annunciato di aver creato un file Una nuova famiglia di piccoli robot in grado di manipolare direttamente le cellule.

Problema di alimentazione

Queste macchine misurano Lungo da 30 a 40 micrometriÈ circa cinque volte più grande di un globulo rosso umano. Quindi non è un problema Nanobot A rigor di termini, perché dovrebbe ancora essere ridotto di diversi ordini di grandezza per adattarsi a questa definizione. Ma queste dimensioni pongono già gli ingegneri di fronte a molti ostacoli che li costringono a pensare fuori dagli schemi. L’energia, in particolare, rappresenta una sfida importante su questa scala. Come far funzionare una macchina così piccola?

Il modo più ovvio è utilizzare le batterie. In realtà ci sono modelli molto piccoli. Ad esempio, nel 2022, i ricercatori dell’Università tedesca di Chemnitz hanno introdotto un accumulatore lungo un micrometro, l’equivalente di un granello di polvere isolato. Ma è ancora molto difficile integrare questo tipo di dispositivo sperimentale in un robot funzionante. Tuttavia, le batterie in generale non interagiscono bene con gli organismi viventi.

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Pinzette laser per spostare i robot

I ricercatori ungheresi hanno invece scelto un altro approccio: dimenticare del tutto i componenti elettronici e ricorrere a un sistema completamente meccanico che può essere manipolato dall’esterno. Per fare questo hanno utilizzato una tecnologia che si è affermata nel corso di decenni e ha persino vinto un premio Premio Nobel Al suo creatore: Pinzetta ottica.

Questo concetto si basa sui raggi laser, che per definizione sono costituiti da fotoni. Ognuna di queste particelle trasporta una certa quantità di energia che viene parzialmente trasmessa al corpo mentre lo attraversa. Questo trasferimento genera una forza uguale, ma in direzione opposta, secondo la terza legge di Newton. Utilizzando un laser disomogeneo, in cui l'intensità del raggio raggiunge un massimo al centro e poi diventa sempre più debole alla periferia, possiamo creare un gradiente di forza che consente di intrappolare e manipolare un piccolo oggetto.

Nanoparticella intrappolata da una pinzetta ottica. © Bijchelenberg – Wikimedia Commons

Questo dispositivo funziona molto bene con oggetti inerti. I bioingegneri hanno quindi proposto che queste pinzette laser possano essere utilizzate per spostare singole cellule con notevole precisione. Sfortunatamente, presto scoprirono che questa tecnica era tutt’altro che ideale in questo scenario. Anche con un laser a bassa intensità, questo input di energia tende a danneggiare il macchinario interno delle cellule.

Altri ricercatori hanno esplorato approcci alternativi, come attaccare sfere microscopiche alle cellule in modo che i laser possano usarle come “maniglie”. Ma questa idea fu presto abbandonata. Ciò non impedisce al laser di causare danni e, inoltre, le sfere sono quasi impossibili da rimuovere dopo la manipolazione, rendendo le celle inutilizzabili.

È un po' come usare un adesivo per attaccare il cotone al cucchiaio. Puoi tenerlo per spostare il cotone senza schiacciarlo, ma si strappa quando provi a rimuoverlo “, spiega Lorand Kelemen, biofisico del Centro di ricerca HUN-REN e autore principale dello studio.

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Quindi il suo team si è concentrato su una versione più avanzata di questo stesso concetto. Invece di attaccare le maniglie alla cella, hanno progettato questi famosi piccoli robot che potrebbero esserlo Viene elaborato utilizzando una pinzetta ottica. Una volta spostati nella posizione corretta, possono afferrare il bersaglio utilizzando piccoli artigli. La difficoltà principale è stata renderla sufficientemente sensibile da poterla chiudere senza danneggiarne il contenuto. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno progettato un telaio flessibile con uno spessore accuratamente calibrato che può essere piegato o aperto con un semplice tratto laser.

Prima dei nanobot esisteva un potenziale reale nella ricerca medica

Alla fine, ci siamo ritrovati con un versatile robot microscopico. Ad esempio, è in grado di spostare una cellula da un luogo all'altro o di dirigerla in modo molto preciso. Ciò permette, tra l'altro, di fotografarlo da ogni angolazione per studiarne la struttura interna o le funzioni fisiologiche in tempo reale. Questo concetto potrebbe quindi portare a grandi progressi nella biologia cellulare.

A lungo termine, possono anche servire come base per sistemi più complessi in grado di influenzare la dinamica dell’organismo su scala così piccola. L’era dei nanorobot si avvicina rapidamente!

Il testo dello studio è disponibile Qui.

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