Ученые из университета Юлиуса и Максимилиана в Вюрцбурге (Германия) создали микророботов размером менее одного микрометра — примерно в 50 раз тоньше человеческого волоса. Под управлением обычного лазера они могут самостоятельно находить бактерии в жидкости, захватывать их частицы и переносить в нужное место. У роботов нет моторов, колес или химического топлива: они перемещаются только благодаря свету. На их поверхности установлены до четырех золотых наноантенн, которые поглощают лазерный свет с определенными параметрами и переизлучают его в заданную сторону. Это создает очень слабую отдачу, которая и толкает робота вперед. Меняя поляризацию лазерного луча, исследователи могут направлять микроробота и разворачивать его прямо во время движения. Поэтому механизм способен целенаправленно передвигаться по жидкости и последовательно обследовать нужный участок образца.
Эти нанороботы захватывают бактерии не механически, а с помощью тепла. Золотые элементы на их поверхности нагреваются под действием лазера с длиной волны 980 нанометров и создают в жидкости небольшой перепад температуры. Бактерии реагируют на него и сами перемещаются к нагретой области — этот процесс называется термофорезом. Когда вокруг робота собирается достаточно бактерий, он доставляет их в нужную точку образца и освобождает захваченные частицы. После этого робот может отправиться за следующей порцией.
Для микробиологии это открывает то, чего раньше приходилось добиваться грубыми методами вроде центрифугирования или химических ловушек — точечный, управляемый извне сбор конкретных клеток именно там, где они находятся, без разрушения остальной пробы. Руководитель эксперимента Джин Цинь описывает результат так: команда построила наноробота на световом приводе, который умеет выслеживать и собирать бактерии. Среди практических применений, которые называют авторы работы, — целевые манипуляции на микроуровне для биомедицинских исследований и точная сортировка микроорганизмов в лабораторных условиях, вплоть до потенциальной борьбы с вредными микробами в будущем.
Идея управлять объектами светом на таком масштабе не нова, но раньше подобные системы требовали сфокусированного лазерного пятна, которое нужно было постоянно наводить на цель вручную или с помощью сложной оптики. Команда из Вюрцбурга использовала расфокусированный луч, покрывающий сразу всю пробу, а точное позиционирование обеспечивает сама конструкция антенн на роботе. Это снимает главное ограничение прежних микророботов — зависимость от дорогой прецизионной оптики.
Правда, пока это тоже лабораторный экспонат: авторы работы не называют ни сроков, ни конкретных задач, где технология выйдет за пределы стеклышка микроскопа, а термофоретический захват до сих пор проверен только на бактериях в чистой воде, а не в реальных биологических образцах вроде крови или тканей.
