جلبک بر چرخ: دانشمندان «اسکوتر» های مبتنی بر جلبک برای تحقیقات میکرو ساختند

محققان ساختارهای کوچکی مهندسی کرده‌اند که می‌توانند توسط جلبک‌های میکروسکوپی حرکت کنند.

مشابه گاری‌های اسب‌کش یا شخم‌زن‌های گاوی، محققان ماشین‌های میکروسکوپی ایجاد کرده‌اند که توسط جلبک‌های سبز تک‌سلولی کوچک و پرانرژی به حرکت در می‌آیند.

«ما الهام گرفتیم تا جلبک Chlamydomonas reinhardtii ، که جلبکی بسیار رایج و پرسرعت است و در سراسر جهان یافت می‌شود، را مهار کنیم» گفت نائوتو شیمیزو، دانشجوی دانشگاه توکیو که این پروژه را آغاز کرده است.

این ماسین‌های کوچک مبتنی بر جلبک می‌توانند به‌طور بالقوه برای مهندسی محیطی در مقیاس میکرو و تحقیقات به کار روند.

ایجاد ماشین‌های میکروسکوپی مبتنی بر جلبک

ماشین‌های میکروسکوپی با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی معروف به استریولیتوگرافی دو فوتونی که از نور برای ایجاد ساختارهای میکرو از پلاستیک استفاده می‌کند، ساخته شدند. به گفته محققان، سخت‌ترین بخش طراحی تله‌شکل سبدی بود که بتواند جلبک‌ها را به‌طور موثر به‌دام بیندازد و نگه دارد.

این تله‌ها به دو ماشین میکروسکوپی مختلف متصل شدند. اولین مورد، اسکوتر نامیده می‌شود که دو تله دارند که هر کدام یک جلبک را نگه می‌دارند. دومی، چرخنده نامیده می‌شود که چهار تله دارد که در مجموع چهار جلبک را نگه می‌دارند و شبیه به یک چرخ فلک است. طراحی این سبدها به جلبک‌ها اجازه می‌دهد تا دو فلاژل (که ضمائم کوچک و شلاقی هستند که به حرکت موجود کمک می‌کنند) خود را به حرکت درآورند و ماشین‌ها را به جلو ببرند.

کاربردها در نظارت محیطی

محققان خاطرنشان کردند که یک مزیت کلیدی این ماشین‌های میکروسکوپی نسبت به ماشین‌هایی که توسط موجودات دیگر قدرت می‌گیرند این است که نه ماشین و نه جلبک نیازی به هیچ‌گونه تغییر شیمیایی ندارند. همچنین جلبک‌ها نیازی به ساختارهای خارجی ندارند که آن‌ها را به تله هدایت کنند. این باعث آزادی حرکت بیشتر برای ماشین میکروسکوپی و ساده‌سازی فرایند می‌شود.

دوام و عملکرد این چریوت‌های میکرو و رانندگان کوچک آن‌ها نامشخص باقی می‌ماند. هر Chlamydomonas reinhardtii می‌تواند حدود دو روز زندگی کند و چهار جلبک جدید تولید کند. آزمایش‌ها طی چند ساعت انجام شد که در طی آن ماشین‌های میکروسکوپی شکل خود را حفظ کردند.

در مرحله بعد، تیم قصد دارد چرخنده را به‌گونه‌ای تقویت کند که سریع‌تر بچرخد و طراحی‌های جدید و پیچیده‌تری برای ماشین ایجاد کند. «روش‌های توسعه‌یافته در اینجا نه تنها برای تجسم حرکات فردی جلبک‌ها مفید هستند، بلکه برای توسعه ابزاری که بتواند حرکات هماهنگ آن‌ها را تحت شرایط محدود تحلیل کند نیز مفید هستند.» استاد شوجی تاکئوچی از IST، که نظارت بر پروژه داشت، گفت.

«این روش‌ها پتانسیل دارند در آینده به فناوری‌ای تبدیل شوند که می‌تواند برای نظارت محیطی در محیط‌های آبی و برای انتقال مواد با استفاده از میکروارگانیزم‌ها مانند جابه‌جایی آلاینده‌ها یا مواد مغذی در آب استفاده شود.»

تحقیقات گذشته در زمینه ماشین‌های میکروسکوپی مبتنی بر ارگانیسم

این اولین باری نیست که انسان‌ها از یک میکروارگانیزم به این صورت استفاده می‌کنند. پیش از این، میکروروبات‌های مبتنی بر جلبک برای درمان سرطان ریه و بیماری التهابی روده به کار گرفته شده‌اند. محققان ژاپنی مدتهاست که به ایجاد دستگاه‌های هیبریدی کوچک که عناصر بیولوژیکی مانند پروتئین‌های موتوری را با مواد غیرآلی تلفیق می‌کنند، علاقه‌مند هستند.

یک تلاش قابل توجه توسط ارائه‌ای از ماکوتو میاتا از دانشگاه اوساکا سیتی آغاز شد، جایی که او فیلمی از باکتری Mycoplasma mobile نشان داد که به‌صورت یک‌طرفه بر روی سطح شیشه‌ای می‌لغزد. این نمایش الهام‌بخش محققان شد تا موتورهای میکروروتاری با استفاده از این سلول‌های باکتریایی توسعه دهند. این موتور هیبریدی می‌توانست به‌عنوان مثال، به عنوان یک میکروپمپ در سیستم‌های آزمایشگاهی روی تراشه کار کند.