Microrazzi grandi quanto particella di polvere possono muoversi nel corpo guidati da onde acustiche

Abstract graficò della struttura dei micro razzi creati dai ricercatori (credito: Liqiang Ren)

“Razzi” in microscala alimentati da onde acustiche che possono essere guidati attraverso gli strati cellulari e le particelle tramite magneti sono stati sviluppati da un gruppo di ricercatori dell’Università della Pennsylvania in collaborazione con altri istituti.
Nello studio, pubblicato su Science Advances, viene descritto come i ricercatori hanno analizzato minuscoli razzi che sostanzialmente sono versioni microscopiche dei razzi veri che utilizzano sostanze chimiche come combustibile.

Dopo 15 anni di ricerche, Thomas Mallouk e colleghi sono riusciti infatti a superare vari ostacoli tra cui quello relativo alle sostanze chimiche utilizzate per il “motore” di questi micro razzi. Quasi tutte quelle utili, infatti, risultano anche tossiche per il corpo umano.
A questo punto i ricercatori hanno pensato di utilizzare un tipo di carburante del tutto diverso: le onde sonore. I ricercatori hanno infatti scoperto che tramite gli ultrasuoni è possibile far muovere questi microrobot a velocità molto elevate.

I razzi in microscala, lunghi 10 micron e larghi 5 micron, la dimensione di una particella di polvere, sono quasi del tutto stampati in 3D tramite litografia laser. Contengono strati esterni di oro e strati interni fatti di nichel e di un particolare polimero. Gli stessi materiali sono trattati in una maniera particolare in modo da formare una bolla d’aria che resta intrappolata nella cavità del razzo.
Quando sottoposto ad onde ultrasoniche, questa bolla viene eccitata dall’oscillazione ad alta frequenza e si trasforma in una sorta di motore di bordo. La direzione del razzo può essere poi guidata tramite un campo magnetico esterno.

Ogni razzo ha una propria frequenza di risonanza: questo significa che ogni membro dell’intera flotta può essere guidata in maniera indipendente dagli altri. I razzi possono poi nuotare liberamente in tre dimensioni grazie a particolari pinne. La stessa velocità dei dispositivi può essere controllata aumentando o diminuendo la potenza dell’influsso acustico.
Probabilmente l’utilità principale di strumenti del genere è la capacità che hanno di muovere altre particelle o cellule con una precisione elevata, cosa fondamentale in ambienti affollati di cellule e molecole, un tipo di controllo che su questa scala di lunghezza probabilmente non era mai stato raggiunto prima.

Anche perché a questa grandezza i razzi non sono influenzati dal movimento browniano, ossia quei movimenti irregolari e casuali che si verificano sulla grandezza nanometrica. In sostanza sono molto piccoli, e quindi in grado di spostare delle cellule senza disturbare l’ambiente circostante, ma non tanto da subire disturbi tipici delle particelle nella gamma dei nanometri.
I possibili utilizzi? Il primo pensiero va naturalmente alle ingegneria biomedica ma il desiderio di Mallouk è quello di realizzare piccoli robot controllabili dall’esterno per svolgere funzioni varie nel corpo come fornire medicine in maniera mirata.

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