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Tipp Der Redaktion - 2019

Licht erhellt Biobots den Weg

Anonim

Eine neue Klasse biologischer Miniroboter oder Bio-Bots hat das Licht gesehen - und verfolgt, wo das Licht scheint.

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Die Bio-Bots werden von Muskelzellen angetrieben, die gentechnisch so verändert wurden, dass sie auf Licht reagieren. So erhalten die Forscher die Kontrolle über die Bewegungen der Bots - ein wichtiger Schritt für den Einsatz in Anwendungen für Gesundheit, Sensorik und Umwelt. Unter der Leitung von Rashid Bashir, dem Leiter der Bioingenieurwissenschaften der University of Illinois, veröffentlichten die Forscher ihre Ergebnisse in den Proceedings der National Academy of Sciences .

"Licht ist ein nichtinvasiver Weg, um diese Maschinen zu kontrollieren", sagte Bashir. "Es gibt uns Flexibilität im Design und in der Bewegung. Das Ergebnis dessen, was wir erreichen wollen, ist das Vorwärtsdesign von biologischen Systemen, und wir denken, dass die Lichtsteuerung ein wichtiger Schritt dazu ist."

Bashirs Gruppe zeigte zuvor Bio-Bots, die mit einem elektrischen Feld aktiviert wurden, aber Elektrizität kann nachteilige Nebenwirkungen in einer biologischen Umgebung verursachen und erlaubt keine selektive Stimulation bestimmter Muskelregionen, um den Bio-Bot zu steuern, sagte Bashir. Die neue Lichtstimulationstechnik ist weniger invasiv und erlaubt den Forschern, die Biobots in verschiedene Richtungen zu steuern. Die Biobots drehen sich und gehen auf den Lichtreiz zu, sagte Bashir.

Die Forscher beginnen damit, Ringe von Muskelgewebe aus einer Mauszelllinie zu züchten. Die Muskelzellen haben ein Gen hinzugefügt, so dass eine bestimmte Wellenlänge von blauem Licht den Muskel zur Kontraktion stimuliert, eine Technik, die Optogenetik genannt wird. Die Ringe sind um Pfosten auf 3-D-gedruckten flexiblen Backbones herumgeschlungen, die von ungefähr 7 Millimeter bis 2 Zentimeter Länge reichen.

"Die Skelettmuskelringe, die wir entwickeln, sind wie Ringe oder Gummibänder geformt, weil wir wollen, dass sie modular sind", sagte der Student Rohu Raman, der Erstautor des Artikels. "Dies bedeutet, dass wir sie als Bausteine ​​behandeln können, die mit jedem 3-D-gedruckten Skelett kombiniert werden können, um Bio-Bots für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungen herzustellen."

Die dünnen Muskelringe haben neben dem modularen Aufbau den Vorteil, dass Licht und Nährstoffe von allen Seiten in das Gewebe diffundieren können. Dies steht im Gegensatz zu früheren Bio-bot-Designs, bei denen ein dicker Streifen Muskelgewebe um das Skelett herum verwendet wurde.

Die Forscher versuchten Skelette einer Vielzahl von Größen und Formen zu finden, welche Konfigurationen die meisten Nettobewegungen erzeugten. Sie trainierten auch täglich die Muskelringe und aktivierten den Muskel mit einem blinkenden Licht, um sie stärker zu machen, so dass sich die Bots mit jeder Kontraktion weiter bewegten.

"Dies ist ein viel flexibleres Design", sagte Bashir. "Mit den Ringen können wir zwei Gelenke oder Scharniere an dem 3-D-gedruckten Skelett verbinden. Wir können mehrere Beine und mehrere Ringe haben. Mit dem Licht können wir steuern, in welche Richtung sich die Dinge bewegen Systeme höherer Ordnung. "

Diese Arbeit war Teil des von der National Science Foundation geförderten Projekts Emergent Behaviors of Integrated Cellular Systems. EBICS erhielt im Herbst 2015 eine fünfjährige Verlängerung von 25 Millionen US-Dollar. Damit können Bashir und seine Kollegen die Bio-Bots-Technologie für eine Vielzahl von Anwendungen in Diagnostik, Medizin und Sensorik weiterentwickeln.

Video: //www.youtube.com/watch?v=BwMT_ok4WW0

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Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign . Original geschrieben von Liz Ahlberg. Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz :

  1. Ritu Raman, Caroline Cvetkovic, Sébastien GM Uzel, Randall J. Platt, Parijat Sengupta, Roger D. Kamm und Rashid Bashir. Optogenetische skelettmuskuläre adaptive biologische Maschinen . PNAS, 14. März 2016 DOI: 10.1073 / pnas.1516139113