Τεχνητοί “μικροκολυμβητές”: Η μικρότερη βάρκα στον κόσμο!

Τη μικρότερη βάρκα στον κόσμο κατόρθωσε να δημιουργήσει μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο του Leiden της Ολλανδίας στα πλαίσια έρευνας για τους “μικροκολυμβητές” (microswimmers). Χρησιμοποιώντας 3D εκτυπωτή, κατάφερε να φτιάξει με κολλοειδή σωματίδια μια μικροσκοπική βάρκα μήκους 30 μm (μικρόμετρων). Μάλιστα, η βάρκα είναι ικανή να “πλεύσει” στον ανθρώπινο οργανισμό.

“Μικροκολυμβητές”: Βιολογικοί και τεχνητοί

Οι βιολογικοί “μικροκολυμβητές” είναι, ουσιαστικά, μικροοργανισμοί που μπορούν να κινηθούν και να κατευθυνθούν αυτόνομα μέσα σε υγρό όπως τα βακτήρια και το σπέρμα.

Αυτή ακριβώς η ικανότητά τους αποτέλεσε έμπνευση για τους επιστήμονες, οι οποίοι ερευνούν πώς μπορούν να κατασκευάσουν και να αξιοποιήσουν τους τεχνητούς “μικροκολυμβητές”. Οι τεχνητοί “μικροκολυμβητές”, λοιπόν, μοιάζουν με μηχανικά “οχήματα” χωρίς κινητικά προσαρτήματα. Για να κινηθούν αναπτύσσουν προωθητικές δυνάμεις αλληλεπιδρώντας με το περιβάλλον τους μέσω χημικών αντιδράσεων.

Η μικροσκοπική βάρκα, συγκεκριμένα, διαθέτει περίβλημα από πλατίνα. Η πλατίνα αντιδρά με διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου και οι δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά την αντίδραση ωθούν τον “μικροκολυμβητή” να μετακινηθεί.

Ο Φάινμαν για τη νανορομποτική χειρουργική

Η τεχνολογία των “μικροκολυμβητών” απασχόλησε τους επιστήμονες ήδη από τον προηγούμενο αιώνα. Συγκεκριμένα, στην ομιλία του “Plenty of Room at the Bottom” το 1959, ο Αμερικανός φυσικός Ρίτσαρντ Φάινμαν έθιξε το θέμα της νανορομποτικής χειρουργικής.

“Παρόλο που ακούγεται παράλογο, θα ήταν ενδιαφέρον στη χειρουργική αν μπορούσες να “καταπιείς” τον χειρουργό” τόνισε.

Ο ίδιος, μάλιστα, προκάλεσε τότε την επιστημονική κοινότητα να κατασκευάσει έναν μικροσκοπικό κινητήρα που να χωράει σε κύβο πλευράς ένα εξηκοστό τέταρτο της ίντσας.

Εξέλιξη των “μικροκολυμβητών”

Από την ομιλία του Φάινμαν, πέρασαν δεκαετίες μέχρι η συγκεκριμένη τεχνολογία να βγει από τη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας και να αναπτυχθεί.

Πρόσφατα, λοιπόν, οι φυσικοί Rachel Doherty και Daniela Kraft του Πανεπιστημίου του Leiden με την ερευνητική τους ομάδα κατασκεύασαν με τη χρήση 3D εκτυπωτή και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου τη μικροσκοπική βάρκα προκειμένου να μελετήσουν τη συμπεριφορά των βακτηρίων. Εκτός από τη βάρκα, βέβαια, δημιούργησαν και άλλους “μικροκολυμβητές” διαφορετικού σχήματος. Ήθελαν, έτσι, να διαπιστώσουν ποιο είναι το πιο κατάλληλο και αποδοτικό σχήμα που θα ενισχύσει την αποτελεσματικότερη κίνηση και πλοήγησή τους.

“Αν έχεις ένα μικρό σωματίδιο που κατευθύνεται σε συγκεκριμένο μέρος του σώματος πρέπει να κινείται μόνο του. Και ίσως χρειαστεί να αντιμετωπίσει προβλήματα που θα προκύψουν εξαιτίας του εσωτερικού περιβάλλοντος του σώματος, το οποίο είναι πολύπλοκο”, δήλωσε η Kraft.

Από τις μέχρι τώρα δοκιμές, οι ειδικοί τείνουν προς το σχήμα της έλικας. Όταν ο “μικροκολυμβητής”-έλικα κινείται προς τα μπροστά συχνά χρειάζεται να περιστραφεί. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να επιταχύνεται και να “κολυμπάει” γρηγορότερα σε σχέση με τους υπόλοιπους διαφορετικού σχήματος.

“Μικροκολυμβητές” και εφαρμογές

Σύμφωνα με τους ειδικούς, οι “μικροκολυμβητές” αναμένεται να αξιοποιηθούν στον τομέα της ιατρικής. Ο απώτερος στόχος είναι να δημιουργηθούν μικροσκοπικά “οχήματα” που θα είναι σε θέση να μεταφέρουν ουσίες, όπως φάρμακα, σε συγκεκριμένα σημεία του ανθρώπινου σώματος. Η δυσκολία έγκειται στο ότι ο ανθρώπινος οργανισμός μπορεί να είναι αφιλόξενος ως προς τα μικροσωματίδια αυτά. Επιπλέον, προκειμένου να επιτευχθούν οι χημικές αντιδράσεις που επιτρέπουν την αυτόνομη κίνησή τους, απαιτείται οι χημικές ουσίες, όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου, να βρίσκονται στις κατάλληλες συγκεντρώσεις. Ωστόσο, κάτι τέτοιο δεν μπορούν να το “ανεχθούν” οι περισσότεροι οργανισμοί.

Πέραν της ιατρικής, μπορούν να αξιοποιηθούν και στα πλαίσια της αντιμετώπισης της περιβαλλοντικής μόλυνσης. Ειδικότερα, θα μπορούσαν να συμβάλουν σημαντικά στη μείωση της μόλυνσης των υδάτων, χρησιμοποιώντας τους χημικούς ρύπους ως καύσιμα. Στην περίπτωση πετρελαιοκηλίδων, για παράδειγμα, έχοντας το κατάλληλο χημικό περίβλημα θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με τις κηλίδες πετρελαίου απορροφώντας τες.

Περισσότερα για την επιστημονική έρευνα των επιστημόνων του Leiden εδώ.

Πηγές:

3D printed microboat. (2020). Ανακτήθηκε από https://www.universiteitleiden.nl/en/news/2020/10/3d-printed-microboat (τελευταία πρόσβαση 20.12.2020)

Woodyatt, A. (2020). Scientists used a 3D printer to create the world’s smallest boat. Ανακτήθηκε από https://edition.cnn.com/2020/10/28/europe/tiny-boat-microswimmer-intl-scli-scn/index.html (τελευταία πρόσβαση 20.12.2020)

Microswimmers with no moving parts. (2019). Ανακτήθηκε από https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.4203 (τελευταία πρόσβαση 20.12.2020)

Rincon, P. (2016). Robot surgeons and artificial life: the promise of tiny machines. Ανακτήθηκε από https://www.bbc.com/news/science-environment-37563673 (τελευταία πρόσβαση 20.12.2020)