Νανορομπότ που κυνηγάνε βακτήρια; Τώρα γίνεται!

Πόσες φορές έχεις προσπαθήσει να πιάσεις κάτι τόσο μικρό που απλά... δεν γίνεται; Τα δάχτυλά σου; Άχρηστα. Λαβίδες; Ποιος κοιτάζει. Ακόμα και τα καλύτερα επιστημονικά εργαλεία δυσκολεύονται να πιάσουν και να μετακινήσουν ένα μόνο κύτταρο.

Κι όμως, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Βύρτσμπουργκ στη Γερμανία κατασκεύασαν κάτι που αξίζει να μάθεις: ρομπότ τόσο μικροσκοπικά που μια ανθρώπινη τρίχα δίπλα τους φαντάζει σαν λεμονόδεντρο. Και αυτά τα μικροσκοπικά πλασματάκια μπορούν να εντοπίσουν και να μαlectύσουν βακτήρια κατά παραγγελία.

Πώς λειτουργούν; Το φως ως κινητήρας

Εδώ γίνεται ενδιαφέρον. Τα νανορομπότ είναι μικρότερα από ένα μικρόμετρο — δηλαδή λιγότερο από το ένα εκατοστό του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας — και λειτουργούν αποκλειστικά με φως. Χωρίς μπαταρίες. Χωρίς καύσιμα. Μόνο δέσμες φωτός.

Το μυστικό κρύβεται σε κάτι που ονομάζεται φωτεινή ώθηση. Σκέψου τι γίνεται όταν πυροβολείς ένα όπλο: η σφαίρα φεύγει προς μια κατεύθυνση και το όπλο κάνει ώθηση προς την αντίθετη. Ίδια λογική εδώ. Τα νανορομπότ απορροφούν σωματίδια φωτός (φωτόνια) και τα επανεκπέμπουν προς συγκεκριμένη κατεύθυνση. ΤResult; Παίρνουν μια μικροσκοπική «κλωτσιά» προς την αντίθετη. Επειδή είναι τόσο μικροσκοπικά και ελαφριά, κάθε φωτόνιο δημιουργεί αισθητή κίνηση.

Τα ρομπότ διαθέτουν ειδικές νανοκεραίες που απορροφούν το φως και το ξαναστέλνουν πίσω. Κάθε νανορομπότ μπορεί να έχει μέχρι τέσσερις τέτοιες κεραίες, κάτι που τα κάνει εκπληκτικά γρήγορα και ευέλικτα για το μέγεθός τους.

Καθοδήγηση με πολωμένο φως

Το να είσαι γρήγορος είναι ωραίο, αλλά πώς στρίβεις κάτι τόσο μικροσκοπικό;

Οι ερευνητές βρήκαν έξυπνη λύση. Τα νανορομπότ έχουν νανοσύρματα ενσωματωμένα στην κατασκευή τους. Αυτά τα σύρματα θέλουν να ευθυγραμμιστούν με την κατεύθυνση του πολωμένου φωτός — σκέψου την πόλωση σαν τον «προσανατολισμό» των κυμάτων του φωτός. Αλλάζοντας λοιπόν την πόλωση του εισερχόμενου φωτός, οι επιστήμονες ελέγχουν προς ποια κατεύθυνση κοιτάει το νανορομπότ. Μετά, η φωτεινή ώθηση το σπρώχνει προς τα εκεί.

Είναι σαν να στρίβεις μια βάρκα με το πηδάλι ενώ η μηχανή σε ωθεί μπροστά. Το ρομπότ γυρίζει και μετά εκτοξεύεται προς τη νέα κατεύθυνση.

Η μικροσκοπική ομάδα καθαρισμού

«Ουσιαστικά, κατασκευάσαμε ένα φωτοκινούμενο νανορομπότ που μπορεί να εντοπίσει και να μαlectύσει βακτήρια. Απλοποιώντας τον σχεδιασμό, φτάσαμε σε μέγεθος που επιτρέπει σε αυτά τα ρομπότ να λειτουργούν απευθείας στον μικροβιακό κόσμο — σαν μικροσκοπικές συσκευές καθαρισμού.»

Αυτό λέει ο Jin Qin, ο επικεφαλής πειραματικός επιστήμονας της έρευνας.

Και εδώ αρχίζει η φαντασία να τρέχει.

Τα μικροσκοπικά αυτά ρομπότ μπορούν να επιλέγουν βακτήρια, να τα μεταφέρουν και να τα αφήνουν ακριβώς εκεί που θέλουν οι επιστήμονες. Κάνουν απότομες στροφές 90 μοιρών για να σαρώνουν δείγματα αποτελεσματικά. Συνεχίζουν να δουλεύουν ακόμα και όταν κουβαλάνε βακτήρια — αν και επιβραδύνονται λίγο υπό το βάρος.

Ο καθηγητής Bert Hecht, επικεφαλής της έρευνας, το θέτει έτσι:

«Αυτό είναι ένα εντυπωσιακό παράδειγμα του πώς το φως μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για να παρατηρούμε τον μικροσκοπικό κόσμο, αλλά και για να τον διαμορφώνουμε ενεργά.»

Τι σημαίνει αυτό πρακτικά;

Ας σκεφτούμε γιατί αυτό έχει σημασία πέρα από το «ε, ωραίο επιστήμη».

Μιλάμε για τεχνολογία που θα μπορούσε να βοηθήσει με τον καθαρισμό βιολογικών δειγμάτων, την ακριβή χειραγώγηση κυττάρων για έρευνα, ή ακόμα και στοχευμένο καθαρισμό σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Η ομάδα δεν ισχυρίζεται ότι έφτιαξε ιατρική συσκευή — όχι ακόμα. Αλλά δείχνουν τις φυσικές αρχές που θα μπορούσαν να κάνουν τέτοιες εφαρμογές εφικτές.

Σκέψου το: νανορομπότ που θα πλοηγούνται μέσα στο σώμα σου, τροφοδοτούμενα από ακίνδυνο φως, και θα μαlectύνουν επιβλαβή βακτήρια ή θα παραδίδουν θεραπείες ακριβώς εκεί που χρειάζεται. Δεν είμαστε ακόμα εκεί, αλλά αυτή η έρευνα είναι ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση.

Τι έχουμε λοιπόν;

Ακούμε συχνά για τις υποσχέσεις της νανοτεχνολογίας, αλλά εδώ έχουμε μια περίπτωση όπου επιστήμονες δείχνουν πραγματικά πρωτότυπα που κάνουν χρήσιμα πράγματα. Αυτά τα φωτοκινούμενα νανορομπότ δεν είναι πια επιστημονική φαντασία — είναι αληθινά, είναι μικροσκοπικά, και μπορούν να κυνηγήσουν βακτήρια σαν μικροσκοπικά Pac-Man.

Το μέλλον της ιατρικής και της βιολογίας ίσως τελικά να τροφοδοτείται από μια απλή δέσμη φωτός.