Учёные создали искусственные реснички из гидрогеля для микророботов

Учёные из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка (MPI-IS), Гонконгского университета науки и технологий и Университета Коч в Стамбуле разработали искусственные реснички (цилии) из гидрогеля, которые можно приводить в движение с помощью электрического поля. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Высокодетальное изображение гидрогелевых микроресничек. Автор: Nature

Каждый микроактюатор имеет длину всего 18 микрометров при диаметре около 2 микрометров, что сопоставимо с размерами биологических ресничек. Учёные разместили сотни таких структур на гибкой подложке со встроенными микроэлектродами. При подаче напряжения (всего 1,5 В) ионы внутри гидрогеля начинают двигаться, заставляя ресничку сгибаться или вращаться в трёх измерениях.

Схема работы микромасштабных гидрогелевых актюаторов. Автор: Nature

«На малых масштабах использование электрических сигналов для приведения в движение ионов оказалось высокоэффективным методом. Например, человеческое тело использует электрические мышечные сигналы для управления распределением ионов в мышечной ткани, что затем генерирует движение», — говорит первый автор исследования Цзэминь Лю.

Для создания массивов ресничек использовалась технология двухфотонной полимеризации (2PP). Благодаря нанопористой структуре материала жидкость внутри гидрогеля движется быстро, что обеспечивает сильную и эффективную реакцию на слабое электрическое поле.

Искусственные реснички прошли более 330 000 циклов работы без признаков износа и могут функционировать в биологических жидкостях, таких как человеческая сыворотка и плазма мыши.

Схематическая иллюстрация массива гидрогелевых микроресничек. Автор: Nature

«Раньше исследователи могли только наблюдать за поведением природных ресничек. Теперь у нас наконец-то есть роботизированная платформа, позволяющая изучать их в действии», — говорит Метин Ситти, руководивший отделом физического интеллекта в MPI-IS.

Новая технология открывает перспективы для нескольких направлений:

• Создание платформы для изучения работы биологических ресничек.
• Разработка медицинских устройств для восстановления или поддержки повреждённых ресничек в организме человека.
• Создание нового поколения микророботов и микроустройств.