Micromáquinas: diseñan vehículos microscópicos tripulados por algas verdes nadadoras
Bioingenieros japoneses han creado unas diminutas estructuras similares a naves de Star Wars que son conducidas y propulsadas por algas microscópicas. En el futuro, estas micromáquinas podrán ser de gran ayuda en la investigación biológica y ambiental.
Por la Universidad de Tokio
La canasta colectora (izquierda): el alga en su interior tiene solo 10 micrómetros de tamaño. Utiliza dos flagelos en la parte delantera para moverse, de forma similar a la braza de un nadador, lo que hace que fijarlos en trampas sin inhibir su movimiento sea una forma de moverse. Crédito: Credit: 2024 The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo_CC BY NC
Los investigadores han creado diminutas estructuras similares a vehículos que pueden ser tripuladas por algas microscópicas. Las algas quedan atrapadas en cestas sujetas a las micromáquinas, que han sido cuidadosamente diseñadas para dejarles espacio suficiente para seguir nadando.
Los científicos crearon dos tipos de vehículos: el rotador, que gira como una rueda, y el scooter, pensado para desplazarse hacia delante, pero que en las pruebas se movió de forma más sorpresiva. El equipo tiene previsto probar diseños diferentes y más complejos en sus próximas apuestas de minivehículos. En el futuro, estos equipos de algas nadadoras podrían aplicarse para ayudar en la ingeniería e investigación medioambiental a nivel micro.
Seguro que has oído hablar de la potencia de los caballos, pero ¿qué te parece la potencia de las algas? Al igual que un trineo tirado por perros o un arado tirado por bueyes, los investigadores han creado máquinas microscópicas movidas por algas verdes unicelulares.
Micromáquinas de plástico impresas en 3D
"Nos inspiramos en la Chlamydomonas reinhardtii, un alga muy común en todo el mundo, para intentar utilizarla tras quedar impresionados por su capacidad de nado rápido y sin restricciones— explica Naoto Shimizu, estudiante de postgrado en el momento de la investigación de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Información, en la Universidad de Tokio. Y añade—: Ahora hemos demostrado que estas algas pueden quedar atrapadas sin mermar su movilidad, lo que ofrece una nueva opción para propulsar micromáquinas que podrían utilizarse con fines de ingeniería o investigación".
Las micromáquinas se crearon utilizando una tecnología de impresión 3D llamada estereolitografía de dos fotones. Esta impresora utiliza la luz para crear microestructuras a partir de plástico. El equipo trabajó a una escala de 1 micrómetro, esto es, a 0,001 milímetros. Según los investigadores, la parte más desafiante fue optimizar el diseño del carrito o trampa en forma de canasta, para que pudiera capturar y retener de manera efectiva a las algas cuando nadaban en ella.
Las trampas estaban conectadas a dos micromáquinas diferentes. La primera, el citado scooter, tiene dos trampas que contienen un alga en cada una y se parece un poco a los pod racer o vainas de carreras de Star Wars. La segunda, el rotador, consta de cuatro trampas para un total de cuatro algas y es similar a una rueda de la fortuna. El tamaño y la forma de las cestas permitieron que los dos flagelos del alga —pequeños apéndices en forma de látigo— continuaran moviéndose, lo que permitía impulsar las micromáquinas.
Imágenes de microscopio electrónico de barrido de las dos micromáquinas: el scooter (a la izquierda) y el rotador (a la derecha). Crédito: 2024 The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo_CC BY NC
"Como esperábamos, el rotador mostró un movimiento de rotación suave. Sin embargo, nos sorprendió el scooter. Pensamos que se movería en una dirección, ya que las algas miran en la misma dirección. En cambio, observamos una variedad de movimientos erráticos de balanceo y volteo", explica la autora principal del proyecto, Haruka Oda, también de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Información. Y continúa—: 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 para la micromáquina, además de simplificar el proceso.
Diseños más complejos
Todavía no sabemos cuánto tiempo pueden sobrevivir y seguir funcionando estos microcarros y sus diminutos corceles. Los ejemplares de Chlamydomonas reinhardtii pueden vivir unos dos días, y se multiplican para producir cuatro nuevas algas. Los experimentos se llevaron a cabo durante varias horas, durante las cuales las micromáquinas mantuvieron su forma.
En un siguiente paso, el equipo japonés quiere mejorar el rotador para que el microvehículo gire más rápido, así como crear nuevos diseños de máquinas más complejas.
"Los métodos desarrollados aquí no solo son útiles para visualizar los movimientos individuales de las algas, sino también para desarrollar una herramienta que pueda analizar sus movimientos coordinados en condiciones restringidas —afirma el profesor Shoji Takeuchi, de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Información, que ha supervisado el proyecto. Y concluye—: Estos métodos tienen potencial para evolucionar en el futuro hacia una tecnología que pueda utilizarse para la vigilancia ambiental en entornos acuáticos y para el transporte de sustancias mediante microorganismos, como el desplazamiento de contaminantes o nutrientes en el agua". ▪️
Información facilitada por la Universidad de Tokio -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Haruka Oda, Naoto Shimizu, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi. Harnessing the Propulsive Force of Microalgae with Microtrap to Drive Micromachines. Small (2024). DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202402923
