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精子样生物机器人非凡的自组织能力

(2014-01-22 13:15:32)

精子样生物机器人非凡的自组织能力

导读
最近,伊利诺伊大学的科学家发明一种由心脏细胞驱动的自组织生物机器人,其通过长长的尾巴摆动进行运动,同精子运动形式很相似。日前,这项研究成果发表在《自然•通讯》杂志上。


最近,伊利诺伊大学的科学家发明一种由心脏细胞驱动的自组织生物机器人,其通过长长的尾巴摆动进行运动,同精子运动形式很相似。日前,这项研究成果发表在《自然•通讯》杂志上。

“我们通过显微镜观测,发现这个微小的物体似乎拥有整个生命体的全部机能,” 该项目首席科学家Taher Saif说,“这是人造工程系统第一次能达到如此微观的境地。”


生物机器人的自组织行为

生物机器人的外观模仿长着长长鞭毛的单细胞生物,由一个灵活的聚合体组成,连接头部和尾部的中间部位是心脏细胞培养的地方。心脏细胞在这里可通过共振,来推动生物机器人尾部摆动,使其前进。

“这个生物机器人的自组织行为让我们感到非常惊奇,” Saif说,它的运动需要细胞朝着一个方向运动,尾巴才能摆动。“这应该是心脏细胞进来后,在一定结构的作用下,发挥了它们这种功能。”

该研究小组还建立了双尾生物机器人,他们发现这种机器人游得更快。研究表明,多个尾巴的生物机器人也能控制其运动方向。研究人员称,未来的机器人可感觉化学物质、光以及方向等。这样它们就可以应用于医疗以及环境工程中。

Saif说,“我们的长期目标很简单,就是希望通过这个生物机器人,将干细胞投递到病变的组织中,从而进行微创手术,达到治愈癌症的目的。”
参考文献
我要补充文献
A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number

A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number

文献检索:doi:10.1038/ncomms4081

Many microorganisms, including spermatozoa and forms of bacteria, oscillate or twist a hair-like flagella to swim. At this small scale, where locomotion is challenged by large viscous drag, organisms must generate time-irreversible deformations of their flagella to produce thrust. To date, there is no demonstration of a self propelled, synthetic flagellar swimmer operating at low Reynolds number. Here we report a microscale, biohybrid swimmer enabled by a unique fabrication process and a supporting slender-body hydrodynamics model. The swimmer consists of a polydimethylsiloxane filament with a short, rigid head and a long, slender tail on which cardiomyocytes are selectively cultured. The cardiomyocytes contract and deform the filament to propel the swimmer at 5–10 μm s−1, consistent with model predictions. We then demonstrate a two-tailed swimmer swimming at 81 μm s−1. This small-scale, elementary biohybrid swimmer can serve as a platform for more complex biological machines.

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