Ученые создали самый маленький транспорт в мире: в повозки впрягли микроскопических существ

«Экипаж», запряженный парой хламидомонад, под микроскопом.

Фантастические идеи знаменитого физика-теоретика Ричарда Феймана обретают реальность. Лауреат Нобелевской премии (1965 год) уверял: рано или поздно ученые создадут крошечные устройства, которые можно будет отправлять в кровеносную систему человека, чтобы те плавали по сосудам, чистя их от бляшек, приводя в порядок органы и ткани, заменяя найденные в организме негодные старые клетки на новые. Или доставляли лекарства непосредственно к больным местам. Или проводили диагностику прямо в очаге заболевания.

Микроскопический буксир.

Микроминиатюризация достигла потрясающих высот: подкованной блохой уже никого не удивить. Некоторые поделки, созданные на 3D-принтере, и под микроскопом едва можно разглядеть. Например, длина самого маленького кораблика в мире — буксира Benchy, напечатанного в 2020 году, всего 30 микрометров – в три раза меньше диаметра человеческого волоса.

Со временем появятся и более мелкие конструкции. Вопрос: как заставить их двигаться?

Наверняка когда-нибудь появятся нанометровые моторы и трансмиссии, но пока ученые пользуются, по сути, дедовским методом – живой тягловой силой. «Гужевым транспортом», если там можно выразиться.

На хламидомонадной тяге

Инженеры Токийского университета впрягли в специально созданные микроскопические повозки микроскопических существ. «Лошадками» стали безвредные для человеческого организма одноклеточные водоросли – хламидомонады (Chlamydomonas reinhardtii). Они двигаются, взмахивая хвостиками – у каждой «особи» их по две штуки.

Хомуты, разработанные для хламидомонад.

Вольные хламидомонады могут разгоняться до 100 микрометров в секунду. Но и захомутованные, они довольно резвые. Помещенные в специально разработанную упряжь, пара 10-микрометровых «лошадок», которые молотили в общей сложности четырьмя хвостиками, тянули 50-микрометровый «экипаж» со скоростью 40 микрометров в секунду.

При желании в «повозку» можно впрячь и больше «тягловых единиц». Японцы полагают, что их может быть аж три пары – как у вельмож позапрошлого века – эдакая «шестерка лошадей».

В другом устройстве Chlamydomonas reinhardtii вращали некое подобие карусели. Хитрость тоже не нова – подобный механизм, размещавшийся в кузнице, был показана в одном из фильмов про Джека-воробья: приводился в действие осликом.

О своих достижениях в области миниатюрного транспорта японцы рассказали в научном журнале с характерным названием Small (Мелочь).

Слева: при желании можно запрячь шесть хламидомонад. Или заставит вращать карусель (справа).

Со сперматозоидами в упряжке

Немецкие ученые использовали других крохотуль – сперматозоиды. У них тоже есть хвостики – по одному так называемому флагеллуму у каждого, которыми они интенсивно вращают, словно пропеллерами или гребными винтами. Создают тем самым движущую силу. Да еще и рулят.

Экспериментаторы из дрезденского НИИ физики твердого тела и материалов имени Лейбница (Leibniz Institute for Solid State and Materials Research) совместно с коллегами из Института нанонаук (Institute for Integrative Nanosciences) загнали живчиков в микроскопические полые металлические трубочки, диаметр которых уменьшался с 8 до 5 микрометров. Загнали так, что снаружи остались только хвостики. Получились живые движители – почти биороботы.

По сути, немецкий подход мало чем отличается от японского – разница лишь в «лошадках». И в количестве «впрягаемых». Оба коллектива ищут способы управлять «экипажами» — пробуют свет, магнитное поле.

Попав в трубочку-ловушку, сперматозоид превращается в биоробота.

Кстати, занятно: по словам японцев, хламидомонады сами забираются в упряжь и не пытаются выбраться наружу. Начинают тянуть – их даже особо фиксировать не приходится.

Аналогичным образом ведут себя и сперматозоиды – ныряют в трубочки, когда ученые насыпают их в сперму. Правда потом крохотули уже не могут освободиться, даже если захотят – застревают в сужающихся проходах трубочек. И становятся эдакими железяками с хвостиками.