研究人员已经创造出微小的、类似车辆的结构,可以被微小的藻类操纵。海藻被装在与微型机器相连的篮子里,这些机器经过精心设计,有足够的空间让它们继续游泳。
他们创造了两种类型的交通工具:一种是像车轮一样旋转的“旋转器”,另一种是旨在向前移动的“踏板车”,但在测试中移动得更出人意料。该团队正计划为他们的下一代汽车尝试不同的、更复杂的设计。
在未来,这些微型藻类团队可以用于协助微观环境工程和研究。
东京大学信息科学与技术研究生院的学生清水直人(Naoto Shimizu)发起了这个项目,他说:“我们受到启发,试图利用莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii),这是一种世界上非常常见的藻类,它的快速和无限制的游泳能力给我们留下了深刻的印象。”
“我们现在已经证明,这些藻类可以在不影响其移动性的情况下被捕获,这为推动可用于工程或研究目的的微型机器提供了新的选择。”
研究结果发表在《Small》杂志上。
这些微型机器是用一种叫做双光子立体光刻的3D打印技术制造的。这台打印机利用光从塑料中制造微结构。该团队的研究尺度为1微米,相当于0.001毫米。根据研究人员的说法,最具挑战性的部分是优化篮状陷阱的设计,这样当藻类游进去时,它就能有效地捕获和留住藻类。
捕集器连接在两台不同的微型机器上。第一种是滑板车,它有两个陷阱,每个陷阱里都有一种藻类,看起来有点像《星球大战》里的飞艇。
第二个被称为旋转器,有四个陷阱,总共容纳四种藻类,类似于摩天轮。篮子的大小和形状允许藻类的两个鞭毛(小的,像鞭子一样的附属物)继续移动,推动机器前进。
“正如我们所希望的那样,旋转器显示出平滑的旋转运动。然而,我们对滑板车感到惊讶。我们认为它会朝一个方向移动,因为藻类也朝同一个方向。相反,我们观察到一系列不稳定的滚动和翻转运动,”同样来自信息科学与技术研究生院(IST)的主要作者项目研究助理Haruka Oda解释说。
“这促使我们进一步研究多种藻类的集体运动如何影响微型机器的运动。”
根据研究人员的说法,与其他生物驱动的机器相比,这些微型机器的主要优点是机器和藻类都不需要任何化学修饰。藻类也不需要外部结构来引导它们进入陷阱。这使得微型机器的运动更自由,也简化了过程。
我们还不知道这些微型战车和它们的小战马能存活多久并继续发挥作用。单个莱茵衣藻可以存活约两天,繁殖产生四种新的藻类。实验进行了几个小时,在此期间,微型机器保持了它们的形状。
接下来,该团队希望增强旋转器,使其旋转得更快,并创造出更复杂的新机器设计。“这里开发的方法不仅对可视化藻类的个体运动很有用,而且还可以开发一种工具来分析它们在受限条件下的协调运动,”来自IST的Shoji Takeuchi教授说,他监督了这个项目。
“这些方法有可能在未来发展成为一种技术,可用于水生环境的环境监测,以及利用微生物进行物质运输,例如移动水中的污染物或营养物质。”