استفاده موفقیت‌آمیز از باکتری‌ها برای تأمین توان میکروموتورها

شاید در نگاه نخست چنین فکر کنید که یک داستان تخیلی است؛ اما واقعیت این است که پژوهشگران به‌تازگی روشی برای تأمین توان ریزموتورها (میکروموتورها) با استفاده از باکتری‌های شناور پیدا کرده‌اند. تیم پژوهشی موفق شده‌ است که برای نخستین بار، زمینه‌ی چرخش سازه‌های ملخ‌مانند ریز ِمورد آزمایش را در یک جهت مشخص و با استفاده از اعمال تنظیمات روی موقعیت‌های نوری فراهم کند.

میکروموتورهای جدید امکان تولید شدن در تعداد بالا و با قیمت پایین دارند و می‌توانیم از آن‌ها برای رساندن ماده‌های دارویی مورد نظر در مراحل درمانی بیماری‌ها استفاده کنیم. روبرتو دی‌لناردو، از دانشگاه ساپینزای شهر رم که نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی مرتبط با این پژوهش است، می‌گوید:

ما توان تولید آرایه‌ی بزرگی از روتورهای کنترل‌شونده به‌طور مستقل از هم داریم که از نور به‌عنوان منبع کامل انرژی خود استفاده می‌کنند.طراحی ما در واقع ترکیبی از سرعت دورانی بالا و کاهش قابل توجهی در میزان نوسانات و تکان‌ها است و وقتی آن را با تلاش‌های قبلی انجام‌شده بر مبنای استفاده از باکتری‌ها و سازه‌های صاف قیاس می‌کنیم، دارای عملکرد بهتری است.

شاید اندازه‌ی این ابزارها کمتر از یک میلی‌متر باشد، ولی باید در نظر داشته باشیم که میکروبات‌ها یا ریزربات‌ها پتانسیل زیادی برای ایجاد تغییرات بزرگ در گستره‌ی وسیعی از کاربردهای مختلف دارند؛ کاربردهایی از تقویت روند رساندن ماده‌ی دارویی و تشخیص بیماری‌ها تا انتقال اشیاء بزرگی همچون خودروها در قالب یک کار تیمی (مانند همکاری مورچه‌ها با هم).

در طی دهه‌ی اخیر، پژوهشگران روی چگونگی امکان استفاده از باکتری‌ها برای تأمین توان این ماشین‌های بسیار کوچک تحقیق کرده‌اند. یکی از بررسی‌های انجام‌شده در این زمینه، تصریح کرده بود که سیگنال‌های نوری می‌توانند برای کنترل حرکت باکتری‌ها استفاده شوند که خود این باکتری‌ها نیز در ادامه دارای ظرفیت مناسب برای به‌ پیش راندن میکروبات‌ها و ایجاد حرکت‌های مورد نیاز هستند.

البته پژوهشگران پیش از این نیز توانسته بودند میکروبات‌ها را با این روش به حرکت در آورند؛ ولی به علت حرکت نامنظم و پراکنده‌ی باکتری‌ها، آن‌ها قادر نبودند به یک حرکت در جهت مشخص دست یابند. بخش جالب در روش فوق این است که مایع‌های سرشار از باکتری‌ تنها در صورتی می‌توانند به‌عنوان منبعی قابل اتکا برای میکروبات‌ها محسوب شوند که ما شاهد حرکت تمام باکتری‌ها در یک جهت مشخص باشیم.

دی‌لناردو و تیم پژوهشی وی برای فائق آمدن بر این مشکل، میکروموتوری ساختند که می‌توانست زنجیره‌ای شناور و روان و حساس به نور از باکتری ئی کولای را در خود جای دهد. در بخش بیرونی واحد گردنده موتور کوچک نیز ۱۵ محفظه‌ی با سطوح شیب‌دار و دارای زاویه‌ی مشخص تعبیه شده بود.

با شناور شدن باکتری به‌سوی میکروموتور، سطوح زاویه‌دار باعث رانده شدن آن‌ها به داخل محفظه‌ها می‌شوند. حرکت تاژک‌های باکتری‌ها باعث به گردش درآمدن میکروموتور می‌شود و دقیقا به همان شکلی که یک جریان آب باعث چرخیدن آسیاب آبی می‌شود، این باکتری‌ها نیز توان لازم برای حرکت میکروموتور را تأمین می‌کنند.

تیم پژوهشی در گام بعدی، آرایه‌های میکروموتوری و باکتری‌های شناور را در برابر یک منبع نوری قرار داد. آن‌ها می‌توانستند سطح تابش نور را با یک الگوریتم خاص و در بازه‌های ۱۰ ثانیه‌ای کنترل کنند. اعضای تیم با تنظیم میزان نور موفق شدند هرکدام از میکروموتورهای مورد آزمایش را تقریبا در یک سرعت واحد به حرکت درآورند. دی‌لناردو در این مورد می‌گوید:

این دستگاه‌ها می‌توانند روزی در آینده به‌عنوان عملگرهایی ارزان و مقرون‌به‌صرفه در میکروبات‌ها برای جمع‌آوری و ذخیره‌ی سلول‌های منفرد در آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی بسیار فشرده‌شده به کار روند.

گفتنی است که دستاوردهای این پژوهش در Nature Communications منتشر شده است.