Обернув живую клетку слоем графена, который представляет собой множество квантовых точек, исследователи из университета Иллинойса в Чикаго (University of Illinois at Chicago, UIC) создали наноразмерного био-микро-робота (цитобота), который может реагировать электрическим способом на изменения окружающей его среды. Данная работа может послужить основой для создания биологических нанороботов, био-микро-механизмов и других крошечных устройств биологической природы, которые можно будет использовать в самых различных областях науки и техники.

Исследователи из UIC назвали свое творение NERD (Nano-Electro-Robotic Device). Основой этого цитобота является бактериальная спора, эндоспора, которая, по сути, является бездействующей бактерией, пребывающей в "спячке". Эндоспоры прочны, жестки и они весьма сильно реагируют на наличие жидкой воды, что делает их идеальным кандидатом для применения их в микромеханических биосистемах, в которых используется ряд естественных функций микроорганизмов, являющихся их реакцией на изменение окружающей среды.

"Это - захватывающее устройство" - рассказывает Викас Бери (Vikas Berry), профессор из UIC, - "В нем имеется биологический элемент, который мы снабдили активным датчиком. И после этого устройство весьма хорошо реагирует на внешние стимулы, в которых может кодироваться передаваемая информация и команды управления".

Соединение графеновых квантовых точек (graphene quantum dots, GQD) с микроорганизмом позволяет совместить некоторые эффекты квантовой механики, такие, как туннелирование электронов и оптическое мерцание с рядом механических и биологических функций живого микроорганизма. А в самом первом случае исследователи UIC использовали GQD совместно с трансмембранным гидравлическим "насосом", основанным на способности споры бактерии полностью изгонять из себя влагу. И в этом случае получившееся биоустройство работало как сверхчувствительный и высокоточный электро-биомеханический датчик влажности.

"Мы взяли бактерию и поместили на ее поверхность графеновые квантовые точки. Приложив к поверхности получившейся структуры два электрода, мы получили возможность измерять влажность окружающей спору среды" - рассказывает Викас Бери, - "Когда при уменьшении влажности спора сжимается, отдавая внутреннюю влагу в окружающую среду, квантовые точки сближаются, увеличивая электрическую проводимость структуры в целом. Измеряя уровень текущего электрического тока, мы получаем очень чистый сигнал, очень резко изменяющийся в ответ на изменения влажности среды".

Исследователи зарегистрировали, что скорость реакции бактерии-датчика минимум в 10 раз превышает быстродействие самых лучших датчиков влажности, изготовленных на основе синтетических гидро-абсорбирующих полимерных материалов. И, кроме этого, созданное ими электро-биомеханическое устройство имело крайне высокую чувствительность в условиях исключительно низкого давления, в условиях низкой влажности и при других условиях, которые не попадают в диапазон рабочих условий традиционных датчиков влажности.

Технологии, подобные разработанной, позволят людям в своих целях использовать уникальную биомолекулярную структура различных типов микроорганизмов, которые могут выступать в роли биодвигателей для различных механических и электромеханических наноустройств. А это, в свою очередь, может быть применено в областях диагностики различных заболеваний, в области биохимического анализа, микроробототехники и для обнаружения в окружающей среде молекул, атомов и ионов различных химических соединений и элементов.



Ключевые слова:
Бактерия, Спора, Графен, Квантовая, Точка, Механика, Физика, Робот, Устройство, Реакция, Окружающая, Среда, Условия

Первоисточник

Другие новости по теме:

Графеновый "робот-паук", который не нуждается в источнике энергии для перемещения

Бактерии и влага - еще один возобновляемый источник экологически чистой энергии

Новая желеобразная память может стать памятью компьютеров, работающих внутри организма человека.

Бактерии E.Coli стали основой "живого материала", способного реагировать на изменения окружающей среды

Жуки-киборги могут использоваться для обнаружения химического оружия и мониторинга окружающей среды

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.