Un equipo de científicos japoneses ha diseñado micromáquinas o microrobots impulsadas por algas unicelulares. Son tan diminutos que podrían ser introducidos en el torrente sanguíneo.

En 1959, el célebre físico teórico Richard Feynman fantaseó con un futuro en el que los microrobots nadaran por nuestro torrente sanguíneo, arreglando nuestras entrañas o suministrando fármacos sobre la marcha.

La investigación no era sólo una búsqueda de la monada, aunque parece tan adorable como suena. Uno de los problemas de los “microrobots” diseñados hasta ahora es que, al ser tan diminutos, los fluidos como la sangre pueden adquirir la viscosidad de la melaza.

Cómo impulsar los microrobots

Por eso los científicos llevan años intentando crear motores diminutos lo bastante potentes para propulsar estas estructuras con mayor facilidad.

Un vehículo “scooter” dirigido por dos algas unicelulares. Crédito de imagen: The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo

Aprovechando la capacidad de nado rápido del alga verde Chlamydomonas reinhardtii, unos ingenieros japoneses han encontrado una solución única.

Cada célula de C. reinhardtii mide sólo 10 micrómetros de ancho, lo que equivale a un tercio del tamaño del remolcador Benchy, el barco más pequeño del mundo, impreso en 3D en 2020.

Sin embargo, juntas pueden arrastrar máquinas cinco veces mayores que su tamaño individual, “lo que abre todo un nuevo abanico de posibilidades para el desarrollo de micromáquinas complejas”, afirman los diseñadores de la máquina.

Las algas, que se consideran seguras para el consumo humano, se impulsan mediante dos flagelos, propulsando cada unidad hacia delante de forma similar a la braza.

Atrapados en una cesta con forma de brida, los flagelos de la célula sobresalen por delante, lo que le permite arrastrar el resto del vehículo mientras rema.

A diferencia de otros micromotores que han diseñado los científicos -que suelen depender de fuentes de energía externas, como campos magnéticos o eléctricos-, los motores vivos como el de C. reinhardtii pueden moverse de forma autónoma.

La cesta en forma de jaula diseñada para atrapar algas unicelulares, con espacio para que sus flagelos sigan moviéndose. Crédito de imagen: The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo

Vehículos diminutos de plástico

El autor principal, Haruka Oda, y sus colegas diseñaron dos vehículos diferentes de plástico impreso en 3D para que las algas los dirigieran, cada uno de los cuales mide entre 50 y 60 micras de ancho. Para ponerlo en perspectiva, un cabello humano medio tiene unas 100 micras de grosor.

Una de las micromáquinas se llama “Scooter”. Tiene dos cestas para atrapar dos células de algas, ambas orientadas en la misma dirección y conectadas a un “carro” en la parte trasera.

Sin que nadie se lo pida, las C. reinhardtii se colocan en cada cabina.

Los investigadores se sorprendieron al comprobar que el scooter no se movía en línea recta, ni siquiera cuando cada cesta estaba ocupada. En su lugar, giraba y giraba de formas intrincadas. Incluso dio 15 volteretas hacia atrás y 10 movimientos de balanceo.

Las dos estructuras diseñadas para ser “dirigidas” por algas unicelulares. Un patinete (izquierda) y un rotador (derecha). Crédito de imagen: The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo

La otra forma de vehículo, llamada “Rotator”, se movía más suavemente. Se diseñó con cuatro cestas, todas ellas apuntando en la misma dirección y conectadas mediante radios en una formación similar a una rueda.

Con una célula de alga ocupando cada una de las cuatro cestas, la estructura “gira” a una velocidad media de 20 a 40 micrómetros por segundo, algo así como una atracción de feria microscópica.

C. reinhardtii puede alcanzar velocidades de 100 micrómetros por segundo cuando está libre, por lo que los investigadores intentan ahora ver si pueden hacer que estas micromáquinas se muevan más rápido y con más precisión.

Propulsado por bacterias autopropulsadas

El Rotator, de tan solo 56 micrómetros de tamaño, es cinco veces mayor que otro microvehículo diseñado anteriormente que se fabricó en 2017 para ser propulsado por bacterias autopropulsadas. Sin embargo, a diferencia de las algas, la velocidad de estas bacterias tuvo que ser controlada por un modulador de luz especial.

El microvehículo rotador, dirigido por cuatro algas unicelulares. Crédito de imagen: The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo

Shoji Takeuchi, que supervisó el proyecto, dijo en un comunicado:

“Los métodos desarrollados aquí no solo son útiles para visualizar los movimientos individuales de las algas, sino también para desarrollar una herramienta que pueda analizar sus movimientos coordinados en condiciones restringidas.

Estos métodos tienen el potencial de evolucionar en el futuro hacia una tecnología que pueda utilizarse para la vigilancia medioambiental en entornos acuáticos y para el transporte de sustancias mediante microorganismos, como el desplazamiento de contaminantes o nutrientes en el agua.”

Un día, estas líneas de investigación podrían incluso hacer realidad el sueño de Feynman de un microrobot que transportara «pequeñas cargas», como medicamentos, en un medio líquido, como la sangre, impulsado por la propia vida.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Small.

[FT: scialert | utokio]

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