Fényhajtású nanorobotok, amelyek képesek vadászni a baktériumokra

Próbáltál már valaha elkapni valamit igazán, de igazán picurát? Mondjuk egy porrészecskét? Kiderül, hogy a mikroszkopikus szintű manipuláció brutálisan nehéz. Az ujjaid? Teljesen használhatatlanok. Csipesz? Felejtsd el. Még a tudósok legjobb eszközei is küzdenek, ha egyetlen sejtet vagy baktériumot kell megragadniuk és mozgatniuk.

De most a német Würzburgi Egyetem kutatói építettek valamit, ami igazán figyelemre méltó: robotok olyan kicsik, hogy egy emberi hajszál hatalmasnak tűnik mellettük, és ezek a kis fickók képesek parancsra vadászni és gyűjteni a baktériumokat.

Hogyan működnek? A fény mint motor

Itt kezd igazán érdekes lenni. Ezek a nanobotok — mindegyik kisebb mint egy mikrométer (vagyis kisebb mint egy emberi haj átmérőjének az egy százaléka) — kizárólag fénnyel működnek. Nincs akkumulátor. Nincs üzemanyag. Csak fénynyalábok világítanak rájuk.

A titok a foton-visszalökés elvén alapul. Gondolj arra, mi történik, amikor lősz: a golyó egy irányba repül, a fegyver pedig ellenkező irányba rúg vissza. Itt ugyanez történik. Amikor ezek a pici robotok elnyelik a fényrészecskéket (fotonokat) és egy meghatározott irányba újra kisugározzák őket, egy aprócska "lökést" kapnak az ellenkező irányba. Mivel ezek a robotok hihetetlenül kicsik és könnyűek, még a legkisebb erő is értelmes mozgást eredményez.

A robotokba speciális nanoantennák vannak beépítve, amelyek elnyelik a fényt, majd visszalövik. Minden robot akár négy ilyen antennával is rendelkezhet, ami meglepően gyorsá és fordulékonyá teszi őket a méretükhöz képest.

Irányítás polarizált fénnyel

A gyorsaság az egyik dolog. De hogyan irányítasz valamit ennyire kicsit?

A kutatók egy ügyes trükköt eszeltek ki. A nanobotokba nanoscale antenna-huzalok vannak beépítve, és ezek a huzalok természetesen igazodni akarnak a polarizált fény irányához (gondolj a polarizációra mint a fényhullámok "tájolására"). Tehát a bejövő fény polarizációjának megváltoztatásával a tudósok irányítani tudják, merre néz a nanorobot. Utána a foton-visszalökés tovább tolja előre abban az irányban.

Olyan ez, mintha egy csónakot irányítanál: forgatod a kormányt, miközben a motor folyamatosan tol előre. A robot elfordul, aztán elindul az új irányba.

Bemutatjuk a mikroszkopikus takarítócsapatot

"Lényegében építettünk egy fénnyel hajtott nanorobotot, amely képes felkutatni és összegyűjteni a baktériumokat" — mondja Jin Qin, a kutatás vezető kísérleti tudósa. "A tervezés egyszerűsítésével elértük azt a méretet, amelynél ezek a robotok közvetlenül a mikrobiális világban működhetnek — szinte mint mikroszkopikus takarítóeszközök."

És őszintén, ez az a rész, ami igazán megmozgatja a fantáziámat.

Ezek a kis robotok szelektíven képesek megragadni a baktériumokat, cipelni őket, és pontosan ott ledobni, ahová a tudósok akarják. Éles, kilencven fokos kanyarokat képesek venni, hogy hatékonyan pásztázzák a mintákat. Még baktériumokkal megrakodva is folytatják a munkát, bár lelassulnak egy kicsit a terhelés alatt.

Bert Hecht professzor, a kutatás vezetője így fogalmaz: "Ez egylenyűgöző példája annak, hogy a fény nemcsak a mikroszkopikus világ megfigyelésére használható, hanem aktívan alakíthatjuk is vele."

Mit jelenthet ez a gyakorlatban?

Rendben, gondoljuk végig, miért fontos ez azon túl, hogy igazán menő tudomány.

Olyan technológiáról beszélünk, amely végső soron segíthet biológiai minták tisztításában, sejtek precíz manipulálásában kutatási célokra, vagy akár célzott tisztításban biomedicinális alkalmazásoknál. A csapat nem állítja, hogy orvosi eszközt építettek — még nem. De bemutatják azokat a fizikai elveket, amelyek egy nap lehetővé tehetik az ilyen alkalmazásokat.

Gondolj csak bele: nanobotok, amelyek egyszer majd navigálhatnak a testedben, ártalmatlan fénnyel működve, és összeszedhetik a káros baktériumokat vagy célzottan juttathatják el a kezelést pontosan oda, ahol kell. Még nagyon messze vagyunk ettől, de ez a kutatás egy lépés ebbe az irányba.

A lényeg

Sokat hallunk a nanotechnológia ígéreteiről, de ez az az eset, amikor a tudósok ténylegesen működő prototípusokat mutatnak, hasznos dolgokat csinálva. Ezek a fénnyel hajtott nanobotok már nem science fiction — valóságosak, parányiak, és képesek baktériumokra vadászni, mint mikroszkopikus Pac-Man figurák.

A jövő orvostudománya és biológiája talán éppen egy fénysugárból nyeri majd az erejét.