Pesquisadores da North Carolina State University e da Duke University desenvolveram uma maneira de montar e pré-programar estruturas minúsculas feitas de cubos microscópicos - "origami de microbot" - para mudar sua forma quando acionados por um campo magnético e, em seguida, usando a energia magnética de seu ambiente, executar uma variedade de tarefas - incluindo a captura e transporte de células individuais.

As evidências, publicado hoje em Avanços da Ciência , pavimentar o caminho para microbots e conjuntos de micro-origami que podem servir como ferramentas de caracterização de células, micromixers fluidos, e componentes de músculos artificiais e dispositivos biomiméticos moles.

“Esta pesquisa é sobre um tópico de interesse atual - partículas ativas que retiram energia de seu ambiente e a convertem em movimento direcional, "disse Orlin Velev, INVISTA Professor de Engenharia Química e Biomolecular na NC State e co-autor do artigo.

Para criar o origami de microbô, os pesquisadores começaram com cubos microscópicos de polímero que são metálicos de um lado, essencialmente permitindo que o lado metálico atue como um ímã. Dependendo de seu posicionamento, os cubos podem ser montados de muitas maneiras diferentes.

"Como eles estão magnetizados e interagindo, os cubos armazenam energia, "Velev disse." Minúsculas partículas na forma de cubos podem se unir em sequências em que se voltam em direções diferentes para formar, por exemplo, aglomerados que se comportam como um minúsculo Pac-Man:você pode abri-los aplicando um campo magnético e, em seguida, deixá-los fechar, desligando o campo magnético. Eles fecham porque estão liberando a energia magnética armazenada. Assim, você injeta energia interna toda vez que abre os microclusters e a libera quando eles fecham. "

Os pesquisadores então deram ao minúsculo Pac-Man uma tarefa específica:capturar uma célula viva, neste caso, uma célula de levedura. O microbot se formou em uma caixa e, por meio de seus movimentos de abertura e fechamento, "nadou" para circundar a célula de levedura. Os pesquisadores então desligaram o campo magnético que controlava o dobramento do microbot para capturar a célula de levedura, moveu-o e finalmente o liberou.

"Mostramos aqui um protótipo de microbot auto-dobrável, "Velev disse, "que pode ser usado como uma micrferramenta para sondar a resposta de tipos específicos de células, como células cancerosas, por exemplo."

"Estruturas microrobóticas relatadas anteriormente foram limitadas a realizar tarefas simples, como empurrar e penetrar objetos devido a seus corpos rígidos. A capacidade de controlar remotamente a reconfiguração dinâmica de nosso microbot cria uma nova 'caixa de ferramentas' para manipular objetos em microescala e interagir com seu microambiente , "disse Koohee Han, um Ph.D. candidato na NC State e primeiro autor do artigo.

"À medida que o microbot se dobra, ele pode comprimir líquidos ou sólidos e você pode usá-lo como uma ferramenta para medir propriedades mecânicas em massa, como rigidez, "disse Wyatt Shields, um pesquisador de pós-doutorado na Duke University e na NC State University que foi coautor do artigo. "Em algumas formas, é uma nova ferramenta metrológica para medir a elasticidade ao nível microscópico. "

Os autores dizem que o design do origami de microbot imita a natureza. "A sequência de cubos programa as formas dos microbots dobráveis. As proteínas funcionam da mesma maneira, "Shields disse." A sequência de aminoácidos em uma proteína vai determinar como ela se dobra, assim como a seqüência de cubos em nosso microbot determinará como ele se dobra. "

Velev diz que o trabalho futuro se concentrará em fazer as partículas se moverem por conta própria, ao invés de direcioná-los com campos magnéticos. Han está trabalhando para fazer bots que se autopropulsam em fluidos complexos com comportamento não newtoniano. Shields está estudando como a dinâmica da remodelagem do microbot pode ser usada para estudar a microestrutura das macromoléculas circundantes.