Revoluční mikroroboti z řas: Světlem řízené roje cílí na rány a slibují léčbu bez léků

Vědci vyvinuli živé mikrorobotické roje složené z řas a nanočástic, které se dokážou pod modrým světlem shlukovat do specifických tvarů a na povel se rozptýlit pomocí červeného světla.

Vědci vyvinuli živé mikrorobotické roje složené z řas a nanočástic, které se dokážou pod modrým světlem shlukovat do specifických tvarů a na povel se rozptýlit pomocí červeného světla. Tento biohybridní systém by v budoucnu mohl pomoci s cílenou dodávkou léků přímo do ran nebo nemocných tkání, například pomocí chytrých obvazů.

Výzkumný tým využil zelenou mikrořasu Chlamydomonas reinhardtii k vytvoření přizpůsobitelných rojů, které mohou v reálném čase měnit svůj tvar, velikost a polohu. Promítáním vzorovaného modrého světla skrze speciální masky vědci naváděli řasy do hustě seskupených formací, od hvězd a šipek až po struktury připomínající kontinenty. Červené světlo proces obrátilo a roje se rozpadly a opět volně plavaly. Tento přístup nabízí nový způsob, jak ovládat kolektivní chování biohybridních mikrorobotů pro lékařské a environmentální aplikace.

Studie také představila koncept léčby ran s asistencí umělé inteligence. Software pro segmentaci obrazu identifikoval podezřelé oblasti rány a vygeneroval odpovídající světelnou masku. Mikroroboti byli poté sestaveni na lékařskou pásku a uvolněni přímo do oblasti rány. Na rozdíl od syntetických mikrorobotů, které často využívají magnety nebo zvukové vlny, tento nový systém spoléhá na přirozenou citlivost řas na světlo. Pod modrým světlem se mikroorganismy shlukují a migrují k rozhraní kapalina-vzduch, čímž tvoří husté roje. Červené světlo je přepne zpět do volně plavoucího stavu.

Vědci prokázali reverzibilní tvorbu rojů v několika cyklech s vysokou věrností tvaru. Roje se také dokázaly rozdělit na menší skupiny, znovu se spojit a pohybovat se při zachování své geometrie. V jednom experimentu tým promítl masky ve tvaru Ameriky a Afro-Eurasie na misky plné řas. Roje odpovídající promítaným oblastem se vytvořily během několika minut. V dalším testu se roje ve tvaru šipky pohybovaly několik milimetrů při zachování své struktury. Tým také vyvinul pravděpodobnostní algoritmus pro předpověď chování rojů za měnících se světelných podmínek.

Prozkoumání lékařských aplikací zahrnovalo připojení nanočástic PLGA nesoucích léky k řasám pomocí elektrostatických interakcí. Biohybridní mikroroboti byli poté testováni na simulovaných ranách vytvořených na umělé kůži potažené syntetickou ranou tekutinou. Systém segmentace obrazu s umělou inteligencí analyzoval rány a vygeneroval vlastní masky odpovídající zaníceným nebo infikovaným tkáňovým oblastem. Pod modrým světlem se mikroroboti sestavili na lékařské pásce v přesné geometrii rány. Poté, co byla páska umístěna na cílovou oblast, červené světlo spustilo rychlé uvolnění mikrorobotů. Vědci uvedli, že téměř 90 procent biohybridů se přeneslo do dutiny rány za méně než dvě minuty.