Парадокс диффузионной волны поможет в создании микророботов

Москва, 14:50, 13 Июн 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Ученые из Констанцского университета пролили свет на механизм поведения клеток амебы, названный парадоксом диффузионной волны. Процесс может лечь в основу дизайна автономных микророботов.

Амеба формируется, когда разрозненные клетки спонтанно собираются в единый организм. Для этого несколько лидеров посылают химические сигналы, заставляющие другие клетки двигаться в направлении, противоположном импульсу. Это ведет к формированию плотных скоплений. Ученые предполагали, что такое поведение требует наличия памяти. Силия Лозано и Клеменс Бехингер из Констанцского университета опровергли эту гипотезу. Ученые воспроизвели явление с помощью микрочастиц, на которые воздействовали световыми импульсами разной скорости.

«Несмотря на отсутствие мозга, синтетические микропловцы могут имитировать некоторые виды поведения живых организмов. В частности, реакцию на импульсы, — сказал Бехингер в интервью для phys.org. – Подобная способность сыграет важную роль в управлении автономными микророботами».

Многие симуляции уже предсказывали, что самоходные или активные частицы будут двигаться вдоль и против распространяющегося импульса. Но это – первый случая экспериментальной демонстрации поведения.

В опытах исследователи помещали в вязкую жидкость сферы, наполовину покрытые углеродом. Под действием света частицы двигались, выставив вперед обработанное полушарие. Авторы показали, что их поведение зависит от скорости импульса. В медленном потоке у частиц было достаточно времени, чтобы отвернуться. Быстрые импульсы такой возможности не давали, так как скорость вращения сфер контролировалась трением жидкости. Повернутые к импульсу углеродными крышками, частицы двигались против него. Метод открывает новые возможности в управлении активными частицами. Большинство стратегий основаны на топографических или статических оптических структурах, позволяющих контролировать движение в одном направлении.

Дополнительно метод позволяет сортировать частицы. Крупные объекты поворачиваются быстрее мелких. Это дает возможность направлять их в разные стороны.

Хотя синтетические структуры и клетки используют разные механизмы, обе группы демонстрируют парадокс диффузионной волны. В случае с частицами, поведение может применяться для доставки препаратов и других задач, выполняемых микророботами.

Результаты исследования представлены в Nature Communications.