Nanoboty, które polują na bakterie? Naukowcy z Wurzburga zbudowali coś niesamowitego

Czy próbowałeś kiedyś chwycić coś naprawdę, naprawdę małego? Takiego jak ziarenko kurzu? Okazuje się, że manipulowanie rzeczami na poziomie mikroskopowym to niesamowicie trudne zadanie. Twoje palce? Kompletnie bezużyteczne. Pęseta? Też odpada. Nawet najlepsze narzędzia, jakimi dysponują naukowcy, mają problem z chwytaniem i przesuwaniem pojedynczych komórek czy bakterii.

Ale teraz badacze z Uniwersytetu Juliusa i Maksyma w Würzburgu w Niemczech zbudowali coś naprawdę fascynującego: roboty tak maleńkie, że ludzki włos wygląda przy nich jak gruba lina, a te maleństwa potrafią na zawołanie tropić i zbierać bakterie.

Jak to działa? Światło jako silnik

Tu zaczyna się robić ciekawie. Te nanoboty — każdy mniejszy niż jeden mikrometr (czyli mniej niż setna część szerokości ludzkiego włosa) — są napędzane w całości światłem. Bez baterii. Bez paliwa. Po prostu wiązki światła padające na nie.

Sekret tkwi w czymś, co nazywa się odrzutem fotonowym. Pomyśl, co się dzieje, gdy strzelasz z broni: pocisk leci w jedną stronę, a broń się cofa w drugą. Tutaj działa ten sam mechanizm. Gdy te mikroskopijne roboty pochłaniają cząstki światła (fotony) i wyrzucają je w określonym kierunku, dostają małego "kopniaka" w przeciwną stronę. Ponieważ te roboty są tak niewiarygodnie małe i lekkie, nawet najmniejsza siła od każdego fotonu powoduje zauważalny ruch.

Roboty mają wbudowane specjalne nanoantenki, które pochłaniają światło, a potem je wyrzucają. Każdy robot może mieć ich nawet cztery, co czyni je zaskakująco szybkimi i zwinnymi jak na ich rozmiary.

Sterowanie spolaryzowanym światłem

Szybkość to jedno. Ale jak skierować coś tak maleńkiego?

Naukowcy wymyślili sprytny sposób. Nanoboty mają wbudowane przewody pełniące funkcję anten, które naturalnie chcą się ustawiać zgodnie z kierunkiem polaryzacji światła (polaryzację można sobie wyobrazić jako "orientację" fal świetlnych). Więc zmieniając polaryzację padającego światła, naukowcy mogą kontrolować, w którą stronę nanorobot jest zwrócony. Potem odrzut fotonowy nadal go popycha w tym kierunku.

To trochę jak z łodzią — kierujesz sterem, a silnik ciągnie cię do przodu. Robot się obraca, a potem jest pchany w nowym kierunku.

Poznaj mikroskopijny zespół sprzątający

"W istocie zbudowaliśmy napędzany światłem nanorobot, który potrafi wykrywać i zbierać bakterie" — mówi Jin Qin, główny naukowiec eksperymentalny w tym projekcie. "Upraszczając konstrukcję, osiągnęliśmy rozmiar, przy którym te roboty mogą działać bezpośrednio w świecie drobnoustrojów — niemal jak mikroskopijne urządzenia sprzątające."

I szczerze mówiąc, to jest ta część, która najbardziej rozpala wyobraźnię.

Te małe roboty potrafią selektywnie chwytać bakterie, przenosić je i zostawiać dokładnie tam, gdzie chcą naukowcy. Potrafią wykonywać ostre, niemal 90-stopniowe skręty, żeby efektywnie przeszukiwać próbki. Dalej pracują nawet gdy niosą spory ładunek bakterii, choć trochę zwalniają pod tym ciężarem.

Profesor Bert Hecht, który kierował badaniami, ujmuje to tak: "To uderzający przykład tego, jak światło może służyć nie tylko do obserwowania mikroskopijnego świata, ale także do aktywnego go kształtowania."

Co to właściwie oznacza?

No dobrze, pomyślmy, dlaczego to jest ważne poza samym faktem, że to super cool nauka.

Mówimy o technologii, która mogłaby kiedyś pomóc w oczyszczaniu próbek biologicznych, precyzyjnym manipulowaniu komórkami do badań, albo może nawet w przeprowadzaniu celowanego sprzątania w zastosowaniach biomedycznych. Zespół nie twierdzi, że zbudował urządzenie medyczne — jeszcze nie. Ale pokazują zasady fizyczne, które mogłyby kiedyś umożliwić takie zastosowania.

Pomyśl o tym: nanoboty, które mogłyby kiedyś przemieszczać się przez twoje ciało, napędzane nieszkodliwym światłem, wyłapywać szkodliwe bakterie albo dostarczać leczenie dokładnie tam, gdzie trzeba. Jesteśmy jeszcze daleko od tego, ale te badania to krok właśnie w tym kierunku.

Podsumowując

Często słyszymy o obietnicach nanotechnologii, ale to jest ten przypadek, gdy naukowcy naprawdę pokazują działające prototypy wykonujące użyteczne zadania. Te napędzane światłem nanoboty to już nie science fiction — są realne, są mikroskopijne i potrafią polować na bakterie jak mikroskopijne postacie z Pac-Mana.

Przyszłość medycyny i biologii być może będzie napędzana po prostu wiązką światła.