Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Duke han desarrollado una forma de ensamblar y preprogramar estructuras diminutas hechas de cubos microscópicos - "origami de microbot" - para cambiar su forma cuando son accionadas por un campo magnético y luego, utilizando la energía magnética de su entorno, realizar una variedad de tareas, incluida la captura y el transporte de células individuales.

Los resultados, publicado hoy en Avances de la ciencia , allanar el camino para microbots y conjuntos de micro-origami que pueden servir como herramientas de caracterización celular, micromezcladores fluidos, y componentes de músculos artificiales y dispositivos biomiméticos blandos.

"Esta investigación trata sobre un tema de interés actual:partículas activas que toman energía de su entorno y la convierten en movimiento direccional, "dijo Orlin Velev, INVISTA Profesor de Ingeniería Química y Biomolecular en NC State y coautor correspondiente del artículo.

Para crear el origami de microbot, los investigadores comenzaron con cubos de polímero microscópicos que son metálicos en un lado, esencialmente permitiendo que el lado metálico actúe como un imán. Dependiendo de su posicionamiento, los cubos se pueden ensamblar de muchas formas diferentes.

"Como están magnetizados e interactuando, los cubos almacenan energía, "Dijo Velev." Pequeñas partículas en forma de cubos pueden unirse en secuencias donde se enfrentan en diferentes direcciones para hacer, por ejemplo, cúmulos que se comportan como un pequeño Pac-Man:puede abrirlos aplicando un campo magnético y luego dejar que se cierren apagando el campo magnético. Se cierran porque están liberando la energía magnética almacenada. Por lo tanto, inyecta energía interna cada vez que abre los microclusters y la libera cuando se cierran ".

Luego, los investigadores le dieron al pequeño Pac-Man una tarea específica:capturar una célula viva, en este caso una célula de levadura. El microbot adoptó una forma cuadrada y, a través de sus movimientos de apertura y cierre, "nadó" para rodear la célula de levadura. Luego, los investigadores apagaron el campo magnético que controlaba el plegado del microbot para capturar la célula de levadura. lo movió y finalmente lo soltó.

"Aquí mostramos un prototipo de microbot autoplegable, Velev dijo:"que se puede utilizar como una microherramienta para sondear la respuesta de tipos específicos de células, como las células cancerosas, por ejemplo."

"Las estructuras microrobóticas reportadas anteriormente se han limitado a realizar tareas simples como empujar y penetrar objetos debido a sus cuerpos rígidos. La capacidad de controlar de forma remota la reconfiguración dinámica de nuestro microbot crea una nueva 'caja de herramientas' para manipular objetos a microescala e interactuar con su microambiente , "dijo Koohee Han, un doctorado candidato en NC State y primer autor del artículo.

"A medida que el microbot se pliega, Puede comprimir líquidos o sólidos y puede usarlo como herramienta para medir propiedades mecánicas a granel, como rigidez, "dijo Wyatt Shields, investigador postdoctoral de la Universidad de Duke y la Universidad Estatal de Carolina del Norte y coautor del artículo. "En algunas formas, es una nueva herramienta metrológica para medir la elasticidad a nivel microscópico ".

Los autores dicen que el diseño del origami de microbot imita la naturaleza. "La secuencia del cubo programa las formas de los microbots plegables. Las proteínas funcionan de la misma manera, "Dijo Shields." La secuencia de aminoácidos en una proteína determinará cómo se pliega, al igual que la secuencia de cubos de nuestro microbot determinará cómo se pliega ".

Velev dice que el trabajo futuro se concentrará en hacer que las partículas se muevan por sí mismas, en lugar de dirigirlos con campos magnéticos. Han está trabajando en la creación de bots que se autopropulsan en fluidos complejos con comportamiento no newtoniano. Shields está estudiando cómo se podría utilizar la dinámica de la remodelación del microbot para estudiar la microestructura de las macromoléculas circundantes.