Vehículos microscópicos propulsados por algas verdes nadadoras podrían ayudar en la investigación biológica y medioambiental
Los investigadores han creado diminutas estructuras parecidas a vehículos que pueden ser maniobradas por algas microscópicas. Las algas quedan atrapadas en cestas unidas a las micromáquinas, que han sido cuidadosamente diseñadas para dejarles suficiente espacio para seguir nadando.
Se crearon dos tipos de vehículos: el "rotador", que gira como una rueda, y el "scooter", que estaba destinado a moverse hacia adelante pero que en las pruebas se movía de manera más sorprendente. El equipo planea probar diseños diferentes y más complejos para sus próximos vehículos.
En el futuro, estos mini equipos de algas podrían utilizarse para ayudar en la investigación y la ingeniería ambiental a nivel micro.
"Nos inspiramos a intentar aprovechar Chlamydomonas reinhardtii, un alga muy común que se encuentra en todo el mundo, después de quedar impresionados por su capacidad de natación rápida y sin restricciones", dijo Naoto Shimizu, un estudiante de la Escuela de Graduados en Ciencias y Tecnología de la Información de la Universidad de Tokio (en el momento del estudio), quien inició el proyecto.
"Ahora hemos demostrado que estas algas pueden quedar atrapadas sin perjudicar su movilidad, lo que ofrece una nueva opción para propulsar micromáquinas que podrían usarse con fines de ingeniería o investigación".
Vídeo: Rotador microscópico: sin inhibiciones, las algas pueden moverse a más de 100 micrómetros por segundo. Con cuatro algas en las trampas, el rotador se movía a una velocidad promedio de entre 20 y 40 micrómetros por segundo. Crédito: Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202402923
Las micromáquinas se crearon utilizando una tecnología de impresión 3D llamada estereolitografía de dos fotones. Esta impresora utiliza luz para crear microestructuras a partir de plástico. El equipo trabajó a una escala de 1 micrómetro, equivalente a 0,001 milímetro. Según los investigadores, la parte más difícil fue optimizar el diseño de la trampa en forma de cesta, para que pudiera capturar y retener eficazmente las algas cuando nadaban en ella.
Las trampas estaban conectadas a dos diferentes micromáquinas. La primera, llamado scooter, tiene dos trampas que contienen un alga en cada una y se parece un poco a un podracer de Star Wars. La segunda, llamado rotador, tiene cuatro trampas que contienen en total cuatro algas y es similar a una noria. El tamaño y la forma de las cestas permitieron que los dos flagelos (pequeños apéndices en forma de látigo) del alga siguieran moviéndose, impulsando las máquinas.
Vídeo: Scooter microscópico: en lugar de un simple movimiento unidireccional como se esperaba, el scooter mostraba giros dinámicos, rotaciones y una impresionante serie de volteretas hacia atrás de las que un atleta de deportes extremos estaría orgulloso. Crédito: Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202402923
"Tal como esperábamos, el rotador mostró un movimiento de rotación suave. Sin embargo, el scooter nos sorprendió. Pensamos que se movería en una dirección, ya que las microalgas miran en la misma dirección. En cambio, observamos una variedad de movimientos erráticos de balanceo y volteo", explicó el autor principal, investigador asociado del proyecto, Haruka Oda, también de la Escuela de Graduados en Ciencia y Tecnología de la Información (IST).
"Esto nos ha llevado a investigar más a fondo cómo el movimiento colectivo de múltiples algas influye en el movimiento de la micromáquina".
Según los investigadores, la principal ventaja de estas micromáquinas frente a las impulsadas por diferentes organismos, es que ni la máquina ni las algas requieren ninguna modificación química. Las algas tampoco necesitan estructuras externas que las guíen hacia la trampa. Esto permite una mayor libertad de movimiento de la micromáquina, además de simplificar el proceso.
Imagen: La trampa de cesta: estas algas tienen un tamaño de sólo 10 micrómetros. Usan dos flagelos en la parte delantera para moverse, similar a la braza de un nadador, lo que hizo que fijarlos en trampas sin inhibir su movimiento fuera un desafío. El equipo experimentó con cuatro estructuras de diferentes tamaños antes de seleccionar esta última. Crédito: Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202402923
Todavía no sabemos cuánto tiempo podrán sobrevivir y seguir funcionando estos microcarros y sus diminutos corceles. Chlamydomonas reinhardtii individual puede vivir unos dos días y multiplicarse para producir cuatro nuevas algas. Los experimentos se llevaron a cabo durante varias horas, durante las cuales las micromáquinas mantuvieron su forma.
A continuación, el equipo quiere mejorar el rotador para que gire más rápido y crear diseños de máquinas nuevos y más complejos. "Los métodos desarrollados aquí no sólo son útiles para visualizar los movimientos individuales de las algas, sino también para desarrollar una herramienta que pueda analizar sus movimientos coordinados en condiciones limitadas", dijo el profesor Shoji Takeuchi del IST, quien supervisó el proyecto.
"Estos métodos tienen el potencial de evolucionar en el futuro hacia una tecnología que pueda usarse para el monitoreo ambiental en ambientes acuáticos y para el transporte de sustancias utilizando microorganismos, como el movimiento de contaminantes o nutrientes en el agua".
Los hallazgos se publican en la revista Small: Harnessing the Propulsive Force of Microalgae with Microtrap to Drive Micromachines
