Инженеры создают искусственные реснички в микромасштабе

Процесс изготовления магнитных искусственных ресничек (MAC), парамагнитная субструктура и настройка активации по домашнему построению.(A) Схема процесса изготовления Mac.Мы использовали два метода для изготовления формы: для более крупного MAC диаметром 50 мкм мы использовали фотолитографию, а для миниатюрных ресничек диаметром 25 мкм мы применили фемтосекундную лазерную обработку для изготовления формы.Следующие шаги одинаковы.(B, I) Схема интегрированной Mac и магнитной субструктуры.(ii) вид на сторону ряда Mac диаметром 50 мкм.(iii) вид на сторону миниатюрного MAC диаметром 25 мкм.(iv) Вид сбоку интегрированного Mac и магнитной субструктуры.(C) Процесс изготовления магнитной субструктуры.(D, i) Схема настройки магнитного актива, построенной домохозяйством, которая может вызвать равномерное магнитное поле ~ 150 тонн в центре рабочего пространства.(ii) Схема 3D-печатного держателя, позволяющая наблюдать за движением Mac.(iii) Схема закрытого держателя PDMS для наблюдения за сгенерированным потоком жидкости.Кредит: Материалы Национальной академии наук (2023).Doi: 10.1073/pnas.2304519120

Небольшая команда инженеров Эйндховенского технологического университета в Нидерландах, работающая с коллегой из Института интеллектуальных систем Макса Планка в Германии, нашла способ создать крошечные искусственные реснички, которые работают в микромасштаб.Их исследование сообщается в разбирательстве Национальной академии наук.

Реснички - это крошечные придатки, которые микроскопические организмы используют для прохождения жидкости.Предыдущие исследования показали, что они эффективны - некоторые параметры способны перемещаться со скоростью в 10 раз их собственной длины в секунду.Предыдущие исследования также показали, что реснички также перемещают жидкость.В человеческом легком они работают, чтобы очистить слизь.

Из -за их полезности ученые изучали реснички в поисках способа воспроизвести их для использования в желаемых приложениях.Такие усилия до сих пор были застряли проблемой создания рабочих ресничек на микромасштабе.В этих новых усилиях исследователи преодолели такие проблемы и создали первую искусственную микромасштабную рабочую ресничку.

Работа началась с попыток заставить крошечные пряди работать вместе в унисон.Исследователи обнаружили, что, намагничивая карбонильные железные реснички, они могут заставить их работать коллективно, как человеческая волна на футбольном матче, медленно перемещая магнит рядом с ними.Затем они воссоздали пряди в меньшем масштабе и обнаружили, что могут получить аналогичные результаты, если они изменят способ контроля магнитного поля.

Затем исследовательская группа прикрепила ряды ресничек вдоль боковых сторон плоского пластикового основания и установила ее поверх цилиндра, сделанного из парамагнитного материала.Вращение магнита искажало линии поля таким образом, что позволило каждому из ресничек испытывать различные количества магнетизма, когда магнит катился.Их ответ состоял в том, чтобы сгибаться вперед индивидуально, а затем выйти на место.Непрерывно катание магнита, что привело к непрерывному волновому действию искусственными ресничками.

Тестирование их искусственного микроба показало, что он способен плавать аналогично тем, что в мире природы.Дальнейшее тестирование показало, что при удержании на месте его можно использовать для накачки жидкостей.

Больше информации: Zhiwei Cui et al., Миниатюрные метахрональные магнитные искусственные реснички, Труды Национальной академии наук (2023).Doi: 10.1073/pnas.2304519120