Une caractéristique des histoires de science-fiction depuis des décennies, Le potentiel des nanorobots va du diagnostic du cancer et de l'administration de médicaments à la réparation des tissus et plus encore. Un obstacle majeur à ces efforts, cependant, est de trouver un moyen de fabriquer à moindre coût un système de propulsion pour ces appareils. De nouveaux développements peuvent désormais propulser les nanonageurs de la science-fiction à la réalité grâce à l'aide inattendue des bactéries.

Une équipe de recherche internationale a démontré une nouvelle technique de placage de silice sur des flagelles, les queues en forme d'hélice trouvées sur de nombreuses bactéries, pour produire des robots nageurs à l'échelle nanométrique. Comme indiqué cette semaine dans Matériaux APL , les nanonageurs biotempérisés du groupe font tourner leurs flagelles grâce à des champs magnétiques rotatifs et peuvent fonctionner presque aussi bien que les bactéries vivantes.

"Nous avons montré pour la première fois la capacité d'utiliser des flagelles bactériens comme modèle pour construire des hélices inorganiques, " a déclaré Min Jun Kim, l'un des auteurs de l'article. "C'est une idée assez transformatrice et aura un grand impact non seulement sur la médecine mais aussi sur d'autres domaines."

Par rapport aux formes plus grandes de mouvement aquatique, la nanonage repose sur la compréhension du nombre de Reynolds, les quantités sans dimension qui concernent la vitesse du fluide, viscosité et la taille des objets dans le fluide. Avec un nombre de Reynolds d'un millionième le nôtre, les bactéries doivent utiliser un mouvement non réciproque en l'absence quasi totale de forces d'inertie. En utilisant des queues hélicoïdales constituées d'une protéine appelée flagelline, de nombreuses espèces de bactéries naviguent dans ces conditions microscopiques avec une relative facilité.

"Si nous étions réduits à la taille d'une bactérie, nous ne serions pas en mesure d'utiliser la brasse pour nous déplacer dans l'eau, " dit Kim. " Si les bactéries étaient de notre taille, ils pouvaient nager 100 mètres en deux secondes environ."

D'autres méthodes récemment développées pour construire ces structures hélicoïdales utilisent des approches descendantes complexes, y compris des techniques qui impliquent des nanoceintures ou des lasers à défilement automatique. L'utilisation de cet équipement spécialisé peut entraîner des coûts de démarrage très élevés pour la construction de nanorobots.

Au lieu, L'équipe de Kim a utilisé une approche ascendante, cultiver d'abord une souche de Salmonella typhimurium et retirer les flagelles. Ils ont ensuite utilisé des solutions alcalines pour fixer les flagelles dans la forme et le pas souhaités, à quel point ils ont plaqué les protéines avec de la silice. Après ça, du nickel a été déposé sur les gabarits de silice, leur permettant d'être contrôlés par des champs magnétiques.

"L'un des défis était de s'assurer que nous avions des hélices avec la même chiralité. Si vous faites pivoter une hélice gauche et une hélice droite de la même manière, ils iront dans des directions différentes, ", a déclaré Kim.

L'équipe a fait un tour avec ses nanorobots. Lorsqu'il est exposé à un champ magnétique, les nanorobots ont suivi le rythme de leurs homologues bactériens et devaient pouvoir couvrir 22 micromètres, plus de quatre fois leur longueur, dans une seconde. De plus, l'équipe a pu diriger les nanonageurs dans des chemins en forme de huit.

Alors que Kim a déclaré qu'il voyait un potentiel pour les hélices non conductrices à l'échelle nanométrique dans le domaine des thérapies ciblées contre le cancer, il a ajouté qu'avec le travail de son équipe, on pourrait plaquer des matériaux conducteurs sur des flagelles et produire des matériaux hélicoïdaux pour l'électronique et la photonique.