科学家们用磁铁控制将微型藻类机器人变成了奥运会运动员

在自然界中，微藻是优秀的游泳者。

在医疗技术领域，微型机器人将是下一个热点。这些微型机器人的尺寸小于一粒沙粒，它们被设计用来在人体复杂的生物环境中导航。

马克斯普朗克智能系统研究所（MPI-IS）的研究人员通过将微藻变成微型机器人，将这一领域提升到了一个新的水平。在自然界中，微藻是优秀的游泳者。

有趣的是，这种生物杂交微型游泳者即使有磁性涂层也能保持其游泳能力。

研究小组在新闻稿中指出：“我们的研究结果为靶向药物输送等应用打开了大门，为医学治疗提供了一种生物相容性解决方案，在生物医学及其他领域具有令人兴奋的未来创新潜力。”

涂有磁性纳米颗粒的藻类

MPI-IS的研究人员Birgül Akolpoglu和Saadet Fatma Baltaci领导了一项专注于磁性控制微藻的研究。这种磁性材料涂层可以精确控制人体内的生物混合机器人。

自然地，这些单细胞藻类是熟练的游泳者，它们的运动由鞭毛提供动力。

在这项新工作中，研究小组想知道被包裹的藻类是否仍然可以在狭窄的空间和粘稠的粘液状液体中游动。为此，他们在微藻上添加了一层磁性涂层。

科学家们发现，在绿藻微泳者身上添加一层磁性涂层对它们的游泳能力影响最小。这些海藻 —— 用它们的鞭毛做蛙泳运动 —— 高速向前移动。

有趣的是，微藻的游泳速度达到了每秒115微米（每秒12个体长）。相对于他们的体型，他们比迈克尔·菲尔普斯快得多，他的速度是每秒1.4个身长。

显示出在狭窄的通道中航行的希望

研究人员在几分钟内有效地用磁性纳米粒子包覆微藻。

然后，他们在水中测试了这种生物混合机器人，并成功地用磁场控制了它们的游泳方向。

为了进一步评估它们的导航能力，他们操纵藻类通过极其狭窄的3D打印通道 —— 模拟体内的狭窄空间。

为此，研究小组使用了两种装置：磁线圈和永磁体，它们都放置在显微镜周围。然后，他们产生了一个一致的磁场，并系统地改变了磁场的方向，以观察微藻的反应。

“我们发现微藻生物杂交体以三种方式导航3D打印的微通道：回溯、交叉和磁交叉。在没有磁场引导的情况下，藻类经常会卡住，并回到起点。但在磁场控制下，它们移动得更平稳，避开了边界，”共同第一作者阿科尔波格鲁说。

作者补充说：“磁引导帮助生物杂交体与磁场方向对齐，显示出在密闭空间导航的真正潜力 —— 有点像给它们一个小小的GPS！”

为了模拟更真实的生物条件，这些微型机器人还在更厚的粘液状液体中进行了测试。

他们发现，黏度的增加减缓了藻类的运动，改变了它们的游泳模式。在这种粘性环境下的磁控制导致了一个之字形运动。

Baltaci在新闻发布会上补充说：“这突出了微调粘度和磁对齐如何优化微型机器人在复杂环境中的导航。”

研究人员设想使用这些微型机器人在人体受限组织内进行靶向药物输送。

研究结果发表在《物质》杂志上。

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