Китайские и американские ученые разработали металлическую «нанорыбу», которая плавает под действием внешнего магнитного поля. Устройство планируется использовать в наноинженерии и медицине. Результаты работы опубликованы вжурнале Small.

Магнитный привод широко используется в подвижных наноустройствах, поскольку позволяет с достаточной точностью управлять ими дистанционно без нарушения целостности живых тканей. К настоящему времени созданы подобные устройства, способные передвигаться по твердой поверхности илив жидкой среде. Существующие плавающие наноботы приводятся в движение магнитными спиралями, напоминающими жгутики бактерий, или гибким «хвостом» из магнитных наночастиц на полимерной основе.

Сотрудники Харбинского технологического института и Калифорнийского университета в Сан-Диего решили повысить эффективность плавающих магнитных наноботов, используя принцип движения рыб. Благодаря сегментарной мускулатуре они совершают гибким туловищем и хвостовым плавником волнообразные движения, которые напрямую преобразуются в тягу.

Ученые создали «нанорыб», состоящих из золотых «головы» и «хвоста», между которыми находятся два подвижных магнитных сегмента из никеля. Все части устройства соединены друг с другом гибкими шарнирами из пористого серебра. Такую конструкцию изготовили электроосаждением на алюминиевых нанопорах. Устройство имеет длину 4,8 микрометра и диаметр 200 нанометров.

Под действием внешнего переменного магнитного поля «нанорыба» совершает периодические волнообразные движения «туловищем» и «хвостом». Они обеспечивают ей скорость более 30 микрометров в секунду. При этом за один цикл движения устройство продвигается на расстояние в 0,6 собственной длины, что значительно эффективнее работы других магнитных наноботов.

Движения рыбы и нанобота; производство, внешний вид и принцип действия «нанорыбы». Tianlong Li et al., Small, 2016

Как пишут исследователи, их разработка может найти применение в наноинженерии (для различных манипуляций и сборок) и медицине (для воздействия на отдельные клетки, проведения микрохирургических операций или целенаправленной доставки лекарств к месту действия). Однако для медицинского применения необходимо найти способ удаления «нанорыб» из организма после окончания работы, поскольку в нынешнем виде устройства не разлагаются в живых тканях.

Научные коллективы не только черпают идеи для наноустройству биологических объектов, но и используют их самих в качестве своеобразных наноботов. Так, для прицельной доставки лекарств предлагали использовать бактерии, чувствительные к магнитному полю и уровню кислорода, а также модифицированные диатомовые водоросли. Недавно группа израильских ученых представила нанороботов из ДНК-оригами, которые способны не только целенаправленно доставлять препарат, но и высвобождать его по потребности силой мысли. Ранее немецкие исследователи улучшили подвижность сперматозоидов спиральными наноботами.

Автор: Олег Лищук