Znajdź zawartość

Miniaturowy, napędzany bezprzewodowo robot, zdolny do kontrolowanego poruszania się w cieczach, został opracowany przez badaczy z Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurichu. Długość nanomaszyny to zaledwie 20 mikrometrów (μm). Wynalazek nazwano sztuczną wicią bakteryjną (ang. Artificial Bacterial Flagellum - ABF), gdyż swoim kształtem rzeczywiście przypomina organellum umożliwiające niektórym bakteriom poruszanie się w wodzie. Wykonano go jednak z innych materiałów - do jego produkcji wykorzystano metale stosowane zwykle w komponentach elektronicznych. Produkcja ABF rozpoczyna się od przygotowania płytki złożonej z arsenku galowo-indowego (InGaAs) nałożonego na warstwę arsenku galu (GaAs). Dzięki procesom fotolitografii oraz rytownictwa wycina się z niej fragment, z którego powstanie później korpus wici. Zanim jednak urządzenie będzie gotowe do użycia, do jednego z końców wyciętego elementu przyłączana jest główka zbudowana z mieszaniny chromu, niklu i złota. Przygotowany materiał jest odcinany od podłoża za pomocą mikromanipulatora. Po umieszczeniu w wodzie automatycznie przyjmuje on następnie swój charakterystyczny helikalny kształt. Do poruszania ABF wykorzystywane są zsynchronizowane za pomocą komputera generatory pola magnetycznego. Sterują one kierunkiem obracania się metalowej główki nanomaszyny oraz pozwalają jej na skręcanie. Możliwe jest dzięki temu precyzyjne nawigowanie urządzeniem w roztworze wodnym: Jak oceniają autorzy ABF, jego udoskonalone wersje mogą znaleźć zastosowanie w medycynie. Rzeczywiście, nietrudno wyobrazić sobie podobną nanomaszynę, która dostarcza leki do ściśle określonych miejsc w organizmie lub przeprowadza w jego wnętrzu nieskomplikowane zabiegi chirurgiczne. Science fiction? Dziś z pewnością tak, ale za kilka lat...

Powstawanie złogów substancji zwanej amyloidem jest związane z powstawaniem wielu schorzeń, takich jak choroby Alzheimera i Parkinsona, cukrzyca typu II czy choroby prionowe. Okazuje się jednak, że tego typu struktury mogą także posłużyć do syntezy nanomateriałów. Potencjalne zastosowanie tych ponadcząsteczkowych tworów może być szersze, niż dla syntetycznych polimerów, twierdzą Ehud Gazit oraz Izhack Cherny, badacze z Uniwersytetu w Tel Awiwie. Ich zdaniem, przewaga złogów o charakterze amyloidalnym nad większością innych polimerów wynika z faktu, że oprócz znakomitych właściwości mechanicznych, mogą one także pełnić funkcje biologiczne dzięki cechomom cząsteczek białka wchodzącego w ich skład. Warto zaznaczyć, że nazwa "amyloid" nie jest zarezerwowana dla określonego związku, a raczej dla specyficznego typu struktury. Składa się ona z nieprawidłowo uformowanych i zdeponowanych w nadmiarze molekuł białka, które nie zostało strawione i usunięte przez otaczające komórki. Powstawanie amyloidu jest dla wielu organizmów naturalnym i potrzebnym procesem - od jego syntezy zależne jest np. powstawanie otoczek wokół jaj niektórych owadów i ryb, a także tzw. biofilmów, czyli kolonii bakteryjnych rozwijających się na płaskich powierzchniach. Ze względu na różnorodność form oraz ról, jakie mogą pełnić tego typu struktury, trwają badania nad ich ewentualnym wykorzystaniem w nanotechnologii. Naturalną formą przyjmowaną przez polimery białka tworzącego amyloid jest kształt wstążki, pustej w środku rurki lub drabinki. Powstające w ten sposób włókna mogą mieć długość nawet do kilku mikrometrów, co odpowiada średnicy pojedynczej czerwonej krwinki. Twory takie posiadają zadziwiające właściwości mechaniczne - osiągają wytrzymałość znacznie większą od stali przy jednoczesnym zachowaniu niezwykłej rozciągliwości, co czyni je niedoścignionym wzorem dla naukowców zajmujących się tworzeniem sztucznych polimerów. Kolejną zaletą złogów amyloidalnych jest ich samorzutne powstawanie bez potrzeby intensywnego oddziaływania z zewnątrz - do powstania włókna wystarczy odpowiednio duża produkcja białka i jednoczesne zablokowanie czynników odpowiedzialnych za rozkład jego cząsteczek. Zdaniem izraelskich badaczy, niezwykłe białkowe struktury mogą być wykorzystane m.in. do powlekania powierzchni i jednoczesnego nadawania im pożądanych właściwości. Zastosowanie do produkcji amyloidu odpowiednio dobranych protein może także nadać im właściwość zwaną biokompatybilnością, czyli "zgodność" z mechanizmami działającymi wewnątrz organizmu oraz wysokie prawdopodobieństwo "zamaskowania" ciała obcego przed działaniem układu odpornościowego. Tego typu implant mógłby jednocześnie, dzięki porowatej strukturze, stopniowo uwalniać uwięziony w obrębie jego struktury lek. Inne możliwości obejmują np. tworzenie amyloidów o właściwościach katalitycznych (gdyby włókno było zbudowane z cząsteczek enzymu) lub funkcjonujących jako trójwymiarowe "rusztowania", symulujące naturalną strukturę tkanki. W swojej pracy badacze donoszą także o stworzeniu koncentrycznego przewodu zdolnego do przewodzenia prądu elektrycznego. Uzyskano go dzięki wypełnieniu wnętrza białkowej rurki srebrem i powleczeniu jej od zewnątrz warstwą złota. Podobne nanokable mogą posłużyć w przyszłości do zasilania oraz przesyłania informacji w nanomaszynach. Czy wizja naukowców z Izraela spełni się, dowiemy się najprawdopodobniej w najbliższych latach.