由布里斯托爾大學的國際科學家團隊的最新研究,為構建具有微型機器人、微尺度傳感和生物工程潛在應用的新型半自主設備鋪平了道路。


微執行器是一種可以將信號和能量轉換為小型結構中機械驅動運動的設備,在各種先進的微技術中都很重要。


通常,微執行器依賴于體積特性(如 pH 值和溫度)的外部變化來觸發可重復的機械轉換。


微執行器為構建新型半自主機器人鋪平了道路


在一項新研究中展示了一種新方法,該方法使用內部變化作為基于信號的運動的觸發器。


在一系列實驗中,研究人員成功地將數以萬計的人造細胞樣實體(原始細胞)嵌入多糖水凝膠的螺旋細絲中,以產生由內部化學驅動的微小獨立彈簧。


該團隊首先為原始細胞加載尿素酶,一種在提供尿素時會產生碳酸根離子的酶,然后使用自制的微流體裝置在海藻酸鈣水凝膠的扭曲射流中捕獲人造細胞。


當尿素酶被打開時,螺旋絲開始在水中解開,并且隨著更多的碳酸根離子從原始細胞逃逸到周圍的水凝膠中,縱向延伸的速度增加。


內源性化學活性與機械運動的耦合與水凝膠中的交聯斷裂有關,這是由于原位形成碳酸鈣顆粒去除了鈣離子,導致彈簧狀彈性能的緩慢釋放。


相反,通過使用放置在長絲外部的第二組產酸葡萄糖氧化酶原始細胞溶解碳酸鈣顆粒來回收鈣離子,可以逆轉開卷并重新建立獨立彈簧的原始螺距。


微執行器為構建新型半自主機器人鋪平了道路


基于這些觀察,研究人員使用螺旋狀的原始細胞細絲作為驅動軸來執行原始細胞驅動的機械工作。為此,他們在卷曲水凝膠的每一端都連接了一個“巨型”原始細胞,并將這些微小的啞鈴用作獨立的微致動器(見圖)。


兩個巨大的原始細胞中的脲酶活性足以引起啞鈴的橫向伸展。如果其中一個附著的巨型原始細胞含有葡萄糖氧化酶,這種運動可能會受到抑制,葡萄糖氧化酶可以恢復水凝膠連接器中丟失的鈣。通過這種方式,可以通過化學信號的機載處理將一系列不同的化學機械轉導模式編程到微致動器中。


對原始生活技術有著長期的興趣。一個關鍵挑戰是如何將原始細胞群落與其環境聯系起來以產生功能關系. 新工作朝著這個方向邁出了一步,因為它說明了內源性化學過程如何與其充滿活力的環境相結合,以產生可編程的化學機械微系統。


該方法能夠推動新型軟自適應微結構的制造,這些微結構通過提高自主性水平進行操作。


免責聲明

我來說幾句

不吐不快,我來說兩句
最新評論

還沒有人評論哦,搶沙發吧~