Созданы нанороботы, способные перемещаться в жидкой среде новым способом

Крошечные нанороботы, разработка и усовершенствование которых в последнее время идет особенно активно, имеют огромный потенциал в медицинской практике: от таргетированной доставки лекарственных средств до диагностики заболеваний, разрушения тромбов и бляшек и даже проведения операций. Но основной преградой на пути создания микромашин являются их возможности перемещения в жидкой среде. Некоторые исследователи используют для этих целей лазер, свет и магнитные поля, но ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) предложили несколько иные подходы: передвижение под действием ультразвука и при воздействии химических веществ организма.


В качестве каркаса нанороботов выступает тонкостенная трубка из диоксида кремния диаметром 220 нанометров. Внешняя или внутренняя поверхность трубки покрывается ферментом под названием «уреаза». Уреаза примечательна тем, что она расщепляет мочевину на аммиак и углекислый газ. Соответственно, попадая в жидкость, где содержится мочевина (а в нашем организме она содержится практически во всех жидкостях), происходит химическая реакция, в ходе которой выделяющиеся пузырьки углекислого газа выступают в роли «двигателя», выбрасываясь с одной стороны трубки и приводя ее в движение. Опыты показали, что нанотрубка может разгоняться до скорости чуть менее 4 сантиметров в час.

Использование ультразвука для движения наноробота использует в чем-то похожий принцип: для движения тоже используются пузырьки газа, с той лишь разницей, что они заключены в специальных капсулах на поверхности устройства. Под воздействием ультразвуковых колебаний пузырьки начинают поочередно расширяться и сжиматься, оказывая давление на стенку камеры, к которой они прикреплены. Частота колебаний зависит от размеров пузырьков, и чем ближе она к их резонансной частоте, тем эффективней начинает работать двигатель. В качестве эксперимента ученые изготовили крошечный кубик, две противоположные грани которого были покрыты камерами с пузырьками. Подобрав нужную частоту, в ходе опыта кубик заставили вращаться в жидкой среде со скоростью 1000 оборотов в минуту. Помимо очевидных плюсов, такие нанороботы имеют и еще одно своеобразное достижение: они являются самыми маленькими роботами в мире на реактивной тяге. Как говорит глава проекта Сэмюэл Санчез,

«Наш предыдущий двигатель, который сейчас занесен в Книгу мировых рекордов Гиннесса, имеет в три раза большие размеры. При этом сегодня большинство нанороботов с химическими двигателями используют реакцию расщепления перекиси водорода, которая является не очень полезным для нас веществом. Продукты же распада мочевины, в отличие от этого, являются естественными для организма, и их наличие не вызывает никаких побочных эффектов».