نانوربات‌های پاک‌کننده میکروسکوپی: گامی بلند در تعامل با دنیای میکروب‌ها

نانوربات‌ها: پاک‌کننده‌های میکروسکوپی

گروهی از پژوهشگران «دانشگاه جولیوس-ماکسیمیلیانز وورتسبورگ» (JMU) موفق به توسعه نانوربات‌هایی شده‌اند که قادرند باکتری‌ها را با دقت بالا جمع‌آوری و جابه‌جا کنند. این ربات‌های کوچک که ۵۰ برابر باریک‌تر از قطر موی انسان هستند، رویایی دیرینه را برای دانشمندان محقق ساخته‌اند: توانایی کار کردن با اشیایی که برای دست انسان بیش از حد کوچک هستند.

جین کین، پژوهشگر ارشد این پروژه، اظهار داشت: «ما در اصل یک نانوربات نوری ساخته‌ایم که می‌تواند باکتری‌ها را ردیابی و جمع‌آوری کند. با ساده‌سازی طراحی، به اندازه‌ای رسیده‌ایم که این ربات‌ها می‌توانند مستقیماً در دنیای میکروبی عمل کنند و تقریباً مانند دستگاه‌های تمیزکننده میکروسکوپی باشند.»

فناوری محرکه فوتونی

یکی از چالش‌های اصلی در ساخت چنین ماشین‌های کوچکی، چگونگی حرکت و هدایت آنها است. تیم پژوهشی به سرپرستی پروفسور «برت هخت» در این زمینه پیشگام بوده و از پس‌زنی فوتون‌های منفرد برای حرکت دادن دستگاه‌های میکرومتری موسوم به ریزپهپاد استفاده می‌کند.

• نانوآنتن‌های پلاسمونیک: این دستگاه‌ها شامل حداکثر چهار نانوآنتن پلاسمونیک هستند که نور با رنگ و مارپیچ خاص را جذب و به صورت جهت‌دار منتشر می‌کنند.
• نیروی پس‌زنی: هر فوتون هدایت‌شده، نیروی پس‌زنی ایجاد می‌کند که قابل مقایسه با پس‌زنی هنگام شلیک گلوله است. این امر به شتاب‌ها و سرعت‌های قابل توجهی در ریزپهپادها منجر می‌شود.

کوچک‌سازی و کنترل دقیق

پژوهشگران در این پروژه توانستند ربات‌های نوری را به اندازه‌های کمتر از یک میکرومتر کوچک‌تر کنند. کلید این موفقیت، ساده‌سازی مکانیسم فرمان بدون به خطر انداختن نیروی محرکه مبتنی بر فوتون بود.

• هدایت با قطبش نور: سیم‌های آنتن نانومقیاس تعبیه‌شده در ربات با جهت قطبش نور فرودی هم‌تراز می‌شوند. با کنترل قطبش نور، می‌توان جهت‌یابی نانوربات را هدایت کرد.
• چابکی و کارایی: این نانوربات‌ها قادر به چرخش‌های بسیار سریع ۹۰ درجه‌ای هستند که امکان بررسی سیستماتیک و کارآمد نواحی بزرگی از یک نمونه را فراهم می‌کند.

کاربردهای آینده و پتانسیل‌ها

نانوربات‌ها نه تنها قادر به جذب و انتقال باکتری‌ها هستند، بلکه می‌توانند آنها را به صورت انتخابی آزاد کنند. این ویژگی به آنها امکان می‌دهد تا محیط‌های میکروسکوپی را در شرایط آزمایشگاهی کنترل‌شده به طور مؤثر تمیز کنند.

پروفسور هخت افزود: «این نمونه‌ای قابل توجه از چگونگی استفاده از نور نه تنها برای مشاهده دنیای میکروسکوپی، بلکه برای شکل‌دهی فعال به آن است. ایده ربات‌های نظافتچی کوچک ممکن است آینده‌نگرانه به نظر برسد، اما ما در حال حاضر اصول فیزیکی را نشان می‌دهیم که این امر را ممکن می‌سازند.»

این نانوربات‌ها حتی هنگام انتقال خوشه‌های بزرگ‌تر باکتری، کاملاً قابل مانور باقی می‌مانند، اگرچه سرعت آنها کمی کاهش می‌یابد. این استحکام و پایداری، پتانسیل بالای نانوربات‌ها را برای کاربردهای آینده در میکروبیولوژی، تحقیقات زیست‌پزشکی و دستکاری هدفمند در مقیاس میکرو برجسته می‌کند.

این پژوهش پیشگامانه در مجله معتبر «Nature Communications» به چاپ رسیده است.