Когда-нибудь для лечения человека изнутри будут применяться нанороботы. Они будут доставлять лекарства, устранять дефекты и вести разведку на месте. Сегодня в этом направлении сделан ещё один шаг. Из клеток человека учёные научились создавать «антропоботов», которые проявили себя в заживлении ран.

Антропоробот из нескольких модифицированных клеток лёгких человека. Источник изображений: Gumuskaya et al, Advanced Science

Исследователи из Университета Тафтса и Технологического института Нью-Джерси объединили усилия для создания микроскопических биологических роботов, которые могли бы помочь исцелить организм после травмы. Это ещё не испытания на людях, но уже кое-что. На колониях живых тканей в чашках Петри было замечено, что предложенное решение способно, как минимум, ускорять заживления порезов.

Каждый антропоробот состоит из нескольких клеток лёгких человека. Эти клетки выращиваются отдельно в особой среде и затем самособираются в комочки. Клетки лёгких обладают ресничками, которые способны на хаотические движения для выполнения ряда биологических функций. Учёным пришлось изобрести такую среду, чтобы реснички росли снаружи клеток по всей их поверхности. Когда клетки собирались в многоклеточную структуру, реснички полностью их покрывали. Такая клетка могла передвигаться в любом направлении.

Учёные выделили два типа клеток: одни были скорее сферической формы, а другие в виде эллипса. Выяснилось, что сферические сгустки преимущественно топтались на месте. Движения ресничек на шарообразной поверхности компенсировали друг друга. Эллипсовидные тела оказались способны к перемещению. Траектория движения зависела от густоты ресничек в той или иной области сгустка, но преимущественно это было движение по кругу.

В своём эксперименте учёные поместили группу изготовленных таким образом антропороботов в имитацию разреза нейронной ткани. Наблюдение показало, что вскоре в разрезе возник мостик между его краями и «рана» заросла за несколько дней. Учёные не могут объяснить механизм и биофизику явления, но считают опыт обнадёживающим и намерены его продолжить. Это примерно соответствует популярному комментарию к научным новостям на нашем сайте: «Ничего не понятно, но очень интересно». Многие удивятся, но большая наука тоже часто начинает с движения в неизвестном направлении.

Группа китайских учёных перенесла на квантовый уровень принцип работы четырёхтактного двигателя. Разработка обещает сказать новое слово в создании нанороботов атомарного масштаба. Учёные пока не сошлись в едином мнении о сути процессов, однако публикация в журнале Nature Communications однозначно говорит о потенциале работы.

Источник изображения: Pixabay

Считалось, что чем сильнее проявляются квантовые свойства ионов, тем выше эффективность молекулярного теплового двигателя. Исследователи из Гуанчжоуского института промышленных технологий, Чжэнчжоуского университета и Мичиганского университета показали, что эффект зависит не только от «накачки» иона, но также от умелого подавления его квантовых характеристик. Точнее, для наиболее эффективной работы — выделения энергии ионом — требуется комбинировать как возбуждение, так и подавление ряда его квантовых характеристик.

Исследователи воздействовали на ион кальция лазерным излучением разной интенсивности и разной частоты. При этом интенсивность выделения энергии ионом в виде потока фотонов менялась таким образом, что наибольший КПД был отмечен в режиме «четырёхтактного» двигателя, когда «нагрев» и «охлаждение» чередовались в определенном порядке. До этого о росте КПД с использованием подавления квантовых свойств ионов ничего не было известно.

«Наше исследование в основном направлено на демонстрацию. Для того чтобы действительно производить пригодные для использования молекулярные двигатели или обеспечивать энергией нанороботов, нам необходимо найти подходящую рабочую среду, подобно водяному пару в паровом двигателе», — говорится в заметке об изобретении в издании SCMP.

Такая условная среда была обнаружена в процессе разностороннего воздействия на ион кальция с помощью лазера. Конечно же, это не пар. Это комплекс явлений, в котором энергия извне (с помощью лазера) трансформируется в локальную работу. Теперь учёным необходимо придумать, как использовать это явление на практике, а также обнаружить наиболее эффективные режимы облучения для выработки максимального КПД, как при «нагреве», так и при «охлаждении».