Microalgas magnéticas tornam-se robots
Potencial excitante para futuras inovações em biomedicina e não só
Os cientistas do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes revestiram uma microalga verde unicelular com material magnético. Este robot em miniatura foi posto à prova: Será que a microalga com o seu revestimento magnético seria capaz de nadar através de espaços estreitos - e como se isso não fosse desafio suficiente - através de um líquido viscoso, como o que se encontra no corpo humano? Será que o pequeno robô seria capaz de encontrar o seu caminho nestas condições difíceis?
Os investigadores do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) desenvolveram um microswimmer revestido com partículas magnéticas cuja flutuabilidade não é afetada pelo revestimento. A equipa do Departamento de Inteligência Física do MPI-IS publicou o seu trabalho na revista "Matter", que abrange um vasto espetro de investigação em ciência dos materiais.
Na natureza, as microalgas unicelulares são nadadoras fantásticas. Duas antenas na parte da frente da célula efectuam um movimento de natação que catapulta a célula para a frente. A equipa do MPI-IS quis descobrir o que acontece quando reveste as algas com o polímero natural quitosano (para uma boa aderência) e nanopartículas magnéticas. Será que o nadador, com apenas dez micrómetros de tamanho, conseguiria passar por espaços estreitos? E será que conseguiria - como se o primeiro desafio não fosse suficientemente grande - lutar para passar por um líquido viscoso com uma densidade semelhante à do lodo?
Os cientistas descobriram que os seus micro-nadadores bio-híbridos quase não eram afectados pelo revestimento. Graças ao movimento de bruços das pequenas antenas na parte da frente, as algas revestidas avançaram a uma velocidade de natação quase inalterada: atingiram 115 micrómetros por segundo - cerca de 12 comprimentos de corpo por segundo. Para comparação: o campeão olímpico Michael Phelps atingiu uma velocidade de 1,4 comprimentos de corpo por segundo nos seus melhores tempos. A alga, no entanto, é apenas uma célula sem pernas nem pés.
Há alguns anos, Birgül Akolpoglu e Saadet Fatma Baltaci, que lideraram conjuntamente o trabalho de investigação, investigaram a forma como os micro-movimentos baseados em bactérias em líquidos podiam ser controlados magneticamente, de modo a poderem um dia ser utilizados como meio de transporte de medicamentos. Agora, voltaram a sua atenção para as microalgas. O objetivo dos dois investigadores era funcionalizar a superfície dos organismos unicelulares com um material magnético para que as células pudessem ser orientadas em qualquer direção desejada - transformando assim as microalgas num microrrobô.
O revestimento das células demorou apenas alguns minutos e funcionou quase sempre: as mulheres conseguiram revestir com sucesso nove em cada dez algas com nanopartículas magnéticas. Começaram por testar o seu robô bio-híbrido num líquido tão fino como a água. Utilizando campos magnéticos externos, conseguiram orientar os robôs em qualquer direção. Em seguida, os investigadores conduziram os seus robôs ao longo de minúsculos tubos impressos em 3D - um ambiente altamente confinado com uma largura não superior a três vezes a das microalgas. Para verificar se o controlo funcionava também neste caso, a equipa montou dois sistemas diferentes: um com bobinas magnéticas e outro com ímanes permanentes à volta do microscópio. Geraram um campo magnético uniforme e alteraram repetidamente a sua direção.
"Descobrimos que as algas navegam nos microcanais impressos em 3D de três formas: Movimento para trás, travessia e travessia magnética. Sem controlo magnético, as algas ficavam frequentemente presas e voltavam ao início. Com o controlo magnético, no entanto, moviam-se mais suavemente e evitavam obstáculos", afirma Birgül Akolpoglu, coautor da publicação. "A direção magnética ajudou os microswimmers a alinharem-se com a direção do campo. Mostraram um verdadeiro potencial de navegação em espaços confinados - como se estivessem equipados com uma espécie de GPS minúsculo!"
Na etapa seguinte, a equipa aumentou a viscosidade do líquido e voltou a enviar os microrrobôs através dos canais estreitos.
"Queríamos testar o comportamento dos nossos nadadores num ambiente que se assemelhasse a lodo. Descobrimos que a viscosidade afecta a flutuabilidade das microalgas. Uma maior viscosidade torna-as mais lentas e altera a forma como se movem. Quando aplicámos o campo magnético, as nadadoras nadaram para a frente e para trás - moveram-se para a frente num padrão em ziguezague. Isto mostra como o ajuste fino da viscosidade e da orientação magnética pode otimizar a navegação dos microrrobôs em ambientes complexos", acrescenta Baltaci.
"A nossa visão é utilizar os microrrobôs em ambientes complexos e pequenos que são altamente confinados, como os que se encontram nos nossos tecidos. Os nossos resultados abrem portas a aplicações como a administração de medicamentos específicos e proporcionam uma solução biocompatível para tratamentos médicos com um potencial empolgante para futuras inovações em biomedicina e não só", conclui a equipa.
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