Integración de una estructura con Vorticella (Superior, A, B). Movimiento repetitivo de una estructura debido a la fuerza de Vorticella y flujo (Inferior, C, D). Crédito:Universidad Tecnológica de Toyohashi.
Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Tecnológica de Toyohashi ha desarrollado un método para construir un sistema biohíbrido que incorpora microorganismos Vorticella. El método permite formar estructuras móviles en un microcanal y combinarlas con Vorticella. Además, el sistema biohíbrido demuestra la conversión de movimiento de movimiento lineal a rotación. Los resultados de su investigación se publicaron en la Revista IEEE / ASME de sistemas microelectromecánicos el 11 de abril, 2019.
Se requieren sistemas de control complejos para el funcionamiento de microsistemas inteligentes, y sus tamaños deberían reducirse. Se espera que las celdas sean aplicables como alternativas a estos complejos sistemas de control. Debido a que una célula integra muchas funciones en su cuerpo y responde al entorno que la rodea, Las células son inteligentes y se pueden utilizar en sistemas micromecánicos inteligentes.
En particular, Vorticella convallaria tiene un tallo (de aproximadamente 100 μm de longitud) que se contrae y relaja, y funciona como un actuador lineal autónomo. La combinación de tallos y estructuras móviles formará un microsistema autónomo. Sin embargo, la construcción de sistemas biohíbridos en un microcanal es difícil, ya que es necesario establecer un método de modelado celular y un proceso de ensamblaje biocompatible para la estructura y la celda.
El grupo de investigación ha desarrollado un método para construir un sistema biohíbrido que incorpora Vorticella. "Aprovechar los microorganismos requiere que se aplique un método de ensamblaje por lotes a los componentes móviles en un microcanal. Es necesario modelar una capa de sacrificio soluble en agua y confinar los componentes móviles en un microcanal, "dice Moeto Nagai, profesor de la Universidad Tecnológica de Toyohashi y líder del equipo de investigación. Se colocaron células de Vorticella alrededor de bloques en el canal aplicando fuerza magnética. Estos procesos se aplicaron para demostrar cómo Vorticella convierte el movimiento de un componente móvil.
Un canal se cierra a baja concentración de iones de calcio (izquierda). Vorticella abre el canal a una alta concentración de iones de calcio (derecha). Crédito:UNIVERSIDAD DE TECNOLOGÍA DE TOYOHASHI.
"El concepto de aprovechar un componente de un microorganismo parece simple, pero es difícil incluso para un experto en microfabricación hacer arneses que puedan seguir los movimientos de los microorganismos. Deben evitarse los productos químicos peligrosos, y debe adoptarse un enfoque multidisciplinario, "dice Nagai. Su grupo está familiarizado con la microfabricación y ha realizado una investigación considerable en el campo de la microbiología. Encontraron un enfoque biocompatible para fabricar y liberar arneses en un microcanal.
Después del tratamiento permeabilizado, Los tallos de Vorticella responden a cambios en la concentración de iones calcio, y pueden funcionar como válvulas sensibles a los iones de calcio. El equipo de investigación cree que los motores sensibles a los iones de calcio de Vorticella facilitarán la realización de válvulas fluídicas autónomas, reguladores, y mezcladores, así como microsistemas inteligentes portátiles, como una bomba de infusión de insulina automatizada para la diabetes.
