Немецкие ученые создали крошечных нанороботов, которые в 50 раз тоньше человеческого волоса и умеют самостоятельно выслеживать, ловить и перевозить бактерии в заданное место. Сотрудники Вюрцбургского университета (Германия) опубликовали исследование в журнале Nature Communications.

Энергия света

Главная сложность при создании таких малых устройств — это источник питания. Ученые решили проблему оригинально: нанороботы работают на энергии света. 

В конструкцию робота встроены золотые наноантенны. Когда на них падает свет, они поглощают фотоны и тут же переизлучают их обратно. Каждый такой «выстрел» частицей света создает микроскопическую силу отдачи. Из-за того что масса самого робота ничтожна, этой энергии хватает, чтобы разогнать его до приличных скоростей.

«Это яркий пример того, как свет можно использовать не только для наблюдения за микроскопическим миром, но и для его активного преобразования», — отмечает профессор Берт Хехт.

Как работает микроскопический пылесос

Разработчики упростили систему управления, сделав ее похожей на руль автомобиля. Направление движения робота зависит от поляризации света: меняя угол светового луча, ученые заставляют нанобота поворачиваться.

В ходе экспериментов ученые поместили их в среду с бактериями Escherichia coli и Staphylococcus carnosus. Несмотря на свои крошечные размеры, роботы оказались невероятно сильными. 

Что умеют эти «уборщики»:

• мгновенно разворачиваться на 90 градусов, что позволяет им быстро сканировать поверхность в поисках целей;
• подцепить бактерию, перевезти ее и выпустить в нужном месте;
•  сохранить управляемость, даже захватив целое скопление микробов;
• развивать скорость до 50 микрометров в секунду, что позволяет ему быстро перемещаться между объектами, не обращая внимания на помехи от теплового движения молекул;
• двигаться по сложным траекториям — например, выписывать в воде буквы.

Для захвата бактерий ученые совместили два метода: оптическую ловушку и термофорез (движение частиц из-за разницы температур). Это позволяет нанороботу работать как биологическому очистителю: он притягивает к себе микробов с большого расстояния, собирает их в плотную группу и перевозит в нужное место.

Такая универсальность открывает дорогу к новым методам в медицине и биоинженерии. В будущем подобные системы смогут точечно доставлять лекарства к больным клеткам, проводить высокоточные анализы внутри живых тканей или собирать сложные структуры из отдельных бактерий.