Учёные выяснили, как микроорганизмы плавают быстрее в группах, открывая путь для микроскопических роботов-доставщиков лекарств

Исследователи выяснили, как крошечные плавающие клетки — такие как сперматозоиды и бактерии — способны двигаться быстрее, перемещаясь в группе. Эта работа может ускорить разработку микроскопических роботов для доставки лекарств в конкретные области тела.

Исследование, проведённое учёными из Университета Лафборо и Индийского института науки, показывает, что когда «микропловцы» движутся вместе в ограниченной среде, они изменяют свойства окружающей их жидкости, снижая сопротивление и увеличивая свою скорость по сравнению с одиночным плаванием.

Результаты могут стать ключевыми для создания искусственных микропловцов — крошечных управляемых плавающих роботов, которые можно использовать для различных медицинских целей, таких как ЭКО, лечение паразитов и целевая доставка лекарств, заменяющая традиционные, менее точные методы.

Ключевые выводы:

• Микропловцы, движущиеся в группах, создают поля течения в окружающей жидкости, которые помогают им плавать эффективнее, снижая сопротивление и усиливая движение.
• По мере увеличения группы средняя скорость пловцов возрастает, позволяя им двигаться быстрее, чем в одиночку.
• Жидкокристаллические среды помогают направлять микропловцов, влияя на их движение.
• Существует два типа микропловцов — «толкатели» и «тягачи». Толкатели выигрывают от коллективного движения, а тягачи мешают друг другу, что показывает зависимость эффекта от типа пловца.

Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, фокусируется на теоретической модели для Paramecium — крошечных одноклеточных организмов, которые живут в воде и продвигаются, бия волосоподобными структурами, называемыми ресничками. Их движение похоже на движение сперматозоидов и других микропловцов.

С помощью компьютерного моделирования учёные проанализировали, как отдельный микропловец и группы до 10 особей движутся в ограниченной жидкокристаллической среде — уникальном типе жидкости, которая течёт как жидкость, но имеет молекулы, выстроенные упорядоченным образом. Такие структурированные жидкости естественным образом встречаются в природе и биологических системах, включая клеточные мембраны и ткани.

Следующим шагом станет расширение исследований — переход от моделирования в малом масштабе к симуляциям, воспроизводящим движение сотен микропловцов в различных ограниченных жидких средах. Учёные также надеются сотрудничать с экспериментальными исследователями, работающими с Paramecium и другими типами микропловцов, чтобы сравнить реальное поведение с их теоретическими моделями.