Micronadador biohíbrido
Un micronadador biohíbrido se puede definir como un micronadador que consta de componentes tanto biológicos como artificiales, por ejemplo, uno o varios microorganismos vivos unidos a una o varias partes sintéticas.
En los últimos años se han diseñado objetos nanoscópicos y mesoscópicos para moverse colectivamente inspirándose directamente en la naturaleza o aprovechando sus herramientas existentes. Los sistemas mesoscópicos a nanoscópicos pequeños normalmente funcionan con números de Reynolds bajos (Re ≪ 1), y comprender su movimiento se vuelve un desafío. Para que ocurra la locomoción, se debe romper la simetría del sistema.
Además, el movimiento colectivo requiere un mecanismo de acoplamiento entre las entidades que conforman el colectivo. Para desarrollar entidades mesoscópicas a nanoscópicas capaces de un comportamiento de enjambre, se ha planteado la hipótesis de que las entidades se caracterizan por una simetría rota con una morfología bien definida y están alimentadas con algún material capaz de recolectar energía. Si la energía recolectada da como resultado un campo que rodea al objeto, entonces este campo puede acoplarse con el campo de un objeto vecino y aportar cierta coordinación al comportamiento colectivo. Dichos enjambres robóticos han sido clasificados por un panel de expertos en línea como uno de los 10 grandes desafíos grupales no resueltos en el área de la robótica.. Aunque la investigación de su mecanismo de acción subyacente todavía está en sus inicios, se han desarrollado varios sistemas que son capaces de experimentar un movimiento de enjambre controlado e incontrolado mediante la recolección de energía (por ejemplo, luz, térmica, etc.).
Durante la última década, los microrobots biohíbridos, en los que los microorganismos móviles vivos se integran físicamente con estructuras artificiales sin ataduras, han ganado un interés creciente para permitir la locomoción activa y la entrega de carga a un destino objetivo. Además de la motilidad, las capacidades intrínsecas de detectar y provocar una respuesta adecuada a los cambios ambientales y artificiales hacen que los microrobots biohíbridos basados en células sean atractivos para el transporte de carga a las cavidades inaccesibles del cuerpo humano para la entrega local activa de agentes diagnósticos y terapéuticos.
Los micronadadores biohíbridos se pueden definir como micronadadores que constan de componentes tanto biológicos como artificiales, por ejemplo, uno o varios microorganismos vivos unidos a una o varias partes sintéticas. [1] [2] Los pioneros en este campo, adelantados a su tiempo, fueron Montemagno y Bachand con un trabajo de 1999 sobre estrategias de unión específicas de moléculas biológicas a sustratos nanofabricados que permiten la preparación de sistemas nanoelectromecánicos híbridos inorgánicos/orgánicos , los llamados NEMS. [3] Describieron la producción de grandes cantidades de F1-ATPasa a partir de la bacteria termófila Bacillus PS3 para la preparación de motores biomoleculares de F1-ATPasa.inmovilizado en un patrón de nanomatriz de oro, cobre o níquel producido por litografía por haz de electrones . Estas proteínas se unieron a microesferas de una micra marcadas con un péptido sintético . En consecuencia, lograron la preparación de una plataforma con sitios químicamente activos y el desarrollo de dispositivos biohíbridos capaces de convertir la energía de los motores biomoleculares en trabajo útil. [2]
Una de las preguntas más fundamentales en la ciencia es qué define la vida. [4] El movimiento colectivo es uno de los sellos distintivos de la vida. [5] Esto se observa comúnmente en la naturaleza en varios niveles dimensionales a medida que las entidades energizadas se reúnen, en un esfuerzo concertado, en patrones agregados móviles. Estos eventos agregados móviles pueden notarse, entre muchos otros, como enjambres dinámicos ; por ejemplo, organismos unicelulares como las bacterias, los enjambres de langostas o el comportamiento de bandada de las aves. [6] [7] [8]
(b) Una ilustración de las fuerzas y torsiones ejercidas sobre la microesfera esférica por sus bacterias adheridas, donde la fuerza y la torsión de reacción del motor de cada bacteria es dependiente del estado.
Abajo: imágenes SEM de microalgas desnudas (izquierda) y microalgas biohíbridas (derecha) recubiertas con nanopartículas de óxido de hierro recubiertas de quitosano (CSIONP). Las imágenes estaban pseudocoloreadas. Un color verde más oscuro en la imagen SEM de la derecha representa el recubrimiento de quitosano en la pared celular de las microalgas. Las partículas de color naranja representan CSIONP.
(B) Después de esto, rompimos y eliminamos el material celular de los cocolitóforos EHUX para aislar cocolitos múltiples (arriba; barra de escala, 20 μm) e individuales (abajo; barra de escala, 1 μm), tal como se visualizan mediante SEM.
(C) Imagen AFM de un cocolito individual. Tamaño de la micrografía, 4 × 4 μm.
(D) Ampliación AFM de la micrografía de un cocolito individual. Barra de escala, 400 nm.
(E) Ilustración de un cocolito, que representa sus parámetros morfológicos específicos.
(F) Valores trazados típicos de los parámetros morfológicos específicos. Los datos se representan como media ± SD (n = 55), donde n es el número de cocolitos visualizados por TEM.
