Биоботы питаются от мышечных клеток, которые были генетически сконструированы так, чтобы реагировать на свет, что дает исследователям контроль над движением ботов, что является ключевым шагом на пути их использования в приложениях для здоровья, чувствительности и окружающей среды. Под руководством Рашида Башира, руководителя отдела биоинженерии Университета Иллинойса, исследователи опубликовали свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Свет — это неинвазивный способ управления этими машинами», — сказал Башир. «Это дает нам гибкость в дизайне и движении. Суть того, что мы пытаемся достичь, — это передовой дизайн биологических систем, и мы думаем, что управление светом является важным шагом к этому».
Группа Башира ранее демонстрировала биоботов, которые активировались электрическим полем, но электричество может вызывать неблагоприятные побочные эффекты для биологической среды и не позволяет избирательно стимулировать отдельные участки мышц для управления биоботом, сказал Башир. Новый метод световой стимуляции менее инвазивен и позволяет исследователям направлять биоботов в разные стороны. По словам Башира, биоботы поворачиваются и идут к световому раздражителю.Исследователи начинают с выращивания колец мышечной ткани из линии клеток мыши.
К мышечным клеткам добавлен ген, благодаря которому определенная длина волны синего света стимулирует мышцу сокращаться. Этот метод называется оптогенетикой. Кольца наматываются на стойки на гибких основах с трехмерной печатью и имеют длину от 7 миллиметров до 2 сантиметров.«Создаваемые нами кольца скелетных мышц имеют форму колец или резиновых лент, потому что мы хотим, чтобы они были модульными», — сказала аспирантка Риту Раман, первый автор статьи. «Это означает, что мы можем рассматривать их как строительные блоки, которые можно комбинировать с любым трехмерным каркасом для создания биоботов для множества различных приложений».
Помимо модульной конструкции, тонкие мышечные кольца обладают тем преимуществом, что позволяют свету и питательным веществам проникать в ткани со всех сторон. Это контрастирует с более ранними проектами биоботов, в которых использовалась толстая полоса мышечной ткани, растущая вокруг скелета.Исследователи попробовали скелеты самых разных размеров и форм, чтобы найти, какие конфигурации вызывают наибольшее движение.
Они также ежедневно тренировали мышечные кольца, активируя мышцы мигающим светом, чтобы сделать их сильнее, чтобы боты двигались дальше с каждым сокращением.«Это гораздо более гибкий дизайн», — сказал Башир. «С помощью колец мы можем соединить любые два шарнира или шарнира на трехмерном каркасе. У нас может быть несколько ног и несколько колец. С помощью света мы можем контролировать, в каком направлении движутся предметы.
Теперь люди могут использовать это для построения системы высшего порядка ".Эта работа была частью проекта Emergent Behaviors of Integrated Cellular Systems, финансируемого Национальным научным фондом.
Осенью 2015 года EBICS получил пятилетнее продление на 25 миллионов долларов, что позволило Баширу и его коллегам продолжить разработку технологии биоботов для различных приложений в диагностике, медицине и зондировании.Видео: https://www.youtube.com/watch?v=BwMT_ok4WW0