Nanoboter drevet av lys – leter etter bakterier i mikrokosmos

Har du noen gang prøvd å ta tak i noe som er helt ubegripelig lite? Som støvpartikkel-lite? Det viser seg at å manipulere ting på mikroskopisk nivå er skremmende vanskelig. Fingrene? Fullstendig ubrukelige. Pinsett? Glem det. Selv de beste verktøyene forskere har, sliter med å gripe og flytte enkelte celler eller bakterier.

Men nå har forskere ved Julius-Maximilians-Universität Würzburg i Tyskland bygget noe ganske spesielt: roboter så små at et menneskehår virker enormt ved sammenligning. Disse små robotene kan faktisk spore opp og samle bakterier på kommando.

Hvordan fungerer de? Lys som motor

Her blir det interessant. Disse nanorobotene – hver mindre enn én mikrometer (det vil si mindre enn en hundredel av bredden på et menneskehår) – drives utelukkende av lys. Ingen batterier. Ingen drivstoff. Bare lysstråler som skinner på dem.

Hemmeligheten ligger i noe som heter foton-rekyldeeffekt. Tenk på hva som skjer når du skyter med et våpen: kulen farer én vei, og våpenet skyter tilbake den andre veien. Det er samme prinsippet her. Når disse bitte små robotene absorberer lyspartikler (fotoner) og sender dem ut igjen i en bestemt retning, får de et lite "spark" motsatt vei. Fordi robotene er så utrolig små og lette, skaper selv den minste kraften fra hvert foton meningsfylt bevegelse.

Robotene har spesielle nanoantenner innebygd som absorberer lys og deretter skyter det tilbake ut. Hver robot kan ha opptil fire slike antenner, noe som gjør dem overraskende raske og manøvrerbare for størrelsen.

Styring med polarisert lys

Rask er én ting. Men hvordan styrer du noe så lite?

Forskerne kom opp med en smart løsning. Nanorobotene har nanoscale antennetråder innebygd, og disse trådene vil naturlig nok stille seg opp i retningen lyset er polarisert (tenk på polarisasjon som "orienteringen" til lysbølgene). Så ved å endre polarisasjonen til det innkommende lyset, kan forskerne kontrollere hvilken vei nanoroboten vender seg. Deretter sørger foton-rekyldeeffekten for å skyve den fremover i den nye retningen.

Det er litt som å styre en båt ved å vri roret mens motoren holder deg i gang. Robotene snur, og så blir de dratt videre i den nye retningen.

Møt det mikroskopiske rengjøringslaget

"Jorda har i bunn og grunn bygget en lysdrevet nanorobot som kan spore opp og samle bakterier," sier Jin Qin, ledende eksperimentell forsker i studien. "Ved å forenkle designen, kom vi ned til en størrelse der disse robotene kan operere direkte i mikrobverdenen – nærmest som mikroskopiske rengjøringsapparater."

Og ærlig talt, det er der fantasien settes i sving.

Disse små robotene kan selektivt gripe tak i bakterier, bære dem rundt og slippe dem av akkurat der forskerne vil. De kan gjøre skarpe 90-graders svinger for å skanne gjennom prøver effektivt. De fortsetter å jobbe selv når de bærer på en del bakterier, selv om de blir litt tregere under lasten.

Professor Bert Hecht, som ledet forskningen, sier det slik: "Dette er et slående eksempel på hvordan lys kan brukes ikke bare til å observere den mikroskopiske verden, men også til aktivt å forme den."

Hva kan dette egentlig bety?

La oss tenke over hvorfor dette betyr noe utover å være fascinerende vitenskap.

Vi snakker om teknologi som kanskje en dag kan hjelpe til med å rense opp i biologiske prøver, presist manipulere celler for forskning, eller kanskje til og med utføre målrettet opprydding i biomedisinske anvendelser. Forskerne påstår ikke at de har bygget et medisinsk apparat – ikke ennå. Men de demonstrerer de fysiske prinsippene som kan gjøre slike anvendelser mulige en dag.

Tenk på det: nanoboter som en dag kan navigere gjennom kroppen din, drevet av uskyldig lys, og plukke opp skadelige bakterier eller levere behandling akkurat der det trengs. Vi er langt fra der ennå, men denne forskningen er et skritt i den retningen.

Konklusjonen

Vi hører ofte om løftene til nanoteknologi, men dette er et av de tilfellene der forskere faktisk viser frem fungerende prototyper som gjør nyttige ting. Disse lysdrevne nanorobotene er ikke lenger science fiction – de er virkelige, de er bitte små, og de kan jakte på bakterier som mikroskopiske Pac-Man-figurer.

Fremtiden til medisin og biologi kan rett og slett bli drevet av en lysstråle.