Микромодульные мобильные роботы на основе ДНК открывают новые возможности в медицине и производстве

Модульные роботы, чей размер, форма и функциональность могут меняться, перспективны для задач вроде целевой доставки лекарств и автономного микро-производства. Однако создание сотен одинаковых роботов размером с эритроцит сопряжено с трудностями.

На этом масштабе роботы слишком малы, чтобы нести микроконтроллер. Их поведение, включая скорость движения, определяется размером и формой («воплощённый интеллект»). При этом создавать одинаковых микророботов становится сложнее по мере их уменьшения.

Как опубликовано в Advanced Materials Technologies, исследователи нашли способ контролировать размер и структуру активных коллоидов, получая при этом в 100 раз больше образцов, чем ранними методами. Для этого использовались физические шаблоны для фильтрации компонентов и создания сложных сборок с контролем над планом строения и расположением модулей.

«Используя свойства материалов шаблонов, мы решили производственные задачи, чтобы производить эти структуры массово и изучать поведение роботов на популяционном уровне», — пояснила Тэрин Имамура.

Использование материалов с высокой поверхностной энергией (поликарбонат, полистирол) для шаблонов и микросфер позволило увеличить количество собираемых микророботов без потери контроля над геометрией микроструктуры. Это открывает путь к сборке более сложных микроструктур, таких как микророботы для доставки лекарств и микро-роторы для смешивания в микрофлюидных системах.

Активные коллоиды команды также соединены с помощью гибких ДНК-наноструктур, что делает их подвижными и отзывчивыми к сигналам среды. Использование биополимеров вроде ДНК позволяет добавлять к роботам сенсоры из литературы по ДНК-нанотехнологиям, создавая «микро-мобильную лабораторию».

«Мы показали, что ДНК в наших микророботах позволяет им выполнять специфические действия — например, контролируемую разборку — под воздействием разных стимулов», — объяснила Имамура.

«Можно представить, как такой микро-пловец доставляет лекарство в конкретную часть тела, а по достижении цели получает сигнал разобраться. После этого движение прекратится, и лекарство останется в нужном месте».

Обычно ДНК-нанотехнологии изучают на дорогом оборудовании. Здесь же, поскольку ДНК прикреплена к микрочастицам, исследователи могут наблюдать наноразмерные явления (например, изменение формы ДНК-структур) в реальном времени по изменению движения активного коллоида под микроскопом.

«Помимо создания популяций активных коллоидов одинаковой формы, размера и с гибкими связями, мы снизили порог входа в эту область исследований», — отметила Имамура.