Cilia kann auch als Chips verwendet werden! Auf dem Cover von Nature erscheint eine Arbeit eines chinesischen Doktoranden aus Cornell

Was ist das Wichtigste an einem Chip?

Neben der Verwendung fortschrittlicherer Herstellungsverfahren zur Erzielung einer höheren Transistordichte und einer höheren Rechenleistung sind auch die Übertragung und Steuerung interner Signale innerhalb des Chips ein wesentlicher Bestandteil.

„Cilia Chip“, möchtest du mehr darüber wissen?

Natürlich werfen wir zunächst einen Blick darauf, was Zilien bewirken.

Zilien können als die fleißigsten Boten und Boten in lebenden Organismen bezeichnet werden. Genauer gesagt sind sie die flexibelsten „Träger“ von Flüssigkeiten.

Durch rhythmisches Schlagen transportieren diese schlanken Haare Flüssigkeiten im Körper, einschließlich Liquor cerebrospinalis im Gehirn, entfernen Schleim und Schmutz aus der Lunge und halten andere menschliche Organe und Gewebe sauber.

Seit vielen Jahren hoffen Menschen, die magischen Fähigkeiten von Flimmerhärchen in den Bereichen Computer und Steuerung zu absorbieren oder „auszuleihen“.

Aber auf einer Mikroebene. Es ist sehr schwierig, das „Wunder“ in diesem Organismus zu reproduzieren. In den letzten Jahren hat die Forschung zu optischen, magnetischen und elektrischen Antrieben große Fortschritte gemacht, aber eine „Zilien-gesteuerte“ Plattform mit technischem Anwendungswert ist immer noch schwer zu realisieren.

Dieses Problem wurde nun von einer Gruppe von Forschern der Cornell University gelöst.

Sie entwarfen ein künstliches Miniatur-Ziliensystem mit Komponenten auf Platinbasis, das mithilfe von Zilien die Bewegung von Flüssigkeiten im mikroskopischen Maßstab steuern kann. In Zukunft könnte es möglich sein, kostengünstige, tragbare Diagnosegeräte zu implementieren, mit denen Blutproben getestet, die Zellaktivität manipuliert oder Mikrobearbeitungsprozesse unterstützt werden können.

Derzeit ist der Artikel, der diese Forschung veröffentlicht, in der neuesten Ausgabe von Nature veröffentlicht worden. Der erste Artikel stammt vom chinesischen Doktoranden Wang Wei (siehe Abbildung oben) und der zweite stammt vom chinesischen Postdoktoranden Liu Qingkun wurde mehr als 2.300 Mal zitiert, der H-Index liegt bei 24.

Wang Wei sagte, dass es bereits viele Methoden gibt, um künstliche Flimmerhärchen zu erzeugen, die durch Licht, Magnetismus oder elektrostatische Kraft angetrieben werden, aber wir sind die ersten, die neue Nanoaktoren verwenden, um individuell steuerbare künstliche Flimmerhärchen zu erzeugen.

Link zum Papier: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04645-w.pdf

In diesem Nature-Papier bauen Forscher einen elektronischen Antrieb aus künstlichen Zilien aktive Metaoberflächen und können in oberflächennahen Flüssigkeiten beliebige Strömungsmuster erzeugen.

Die Forscher konstruierten zunächst spannungsgesteuerte Flimmerhärchen, die sich unter einer Antriebsspannung von 1 Volt unidirektional mit einer Geschwindigkeit von mehreren zehn Mikrometern pro Sekunde bewegen, um den Oberflächenfluss anzutreiben. Ziliäre Elementarzellen können lokal eine Reihe von Elementflüssen erzeugen und unterschiedliche geometrische Formen bilden.

Künstliche Flimmerhärchen basierend auf elektrochemischen Oberflächenaktoren

Durch die Kombination dieser Elementarzellen schufen die Forscher eine aktive Flimmermetaoberfläche, die jedes gewünschte Strömungsmuster erzeugen und flexibel zwischen diesen Modi wechseln kann.

Diese Ergebnisse wurden schließlich durch Experimente und theoretische Berechnungen bestätigt.

Die Forscher sagten, dass diese Ergebnisse einen neuen Weg für künftige mikrofluidische Manipulationen im Feinmaßstab eröffnen, mit Anwendungen, die vom mikrofluidischen Pumpen bis zur Bewegung von Mikrorobotern reichen.

Mikroskopische Ansicht künstlicher Flimmerhärchen

Spezifisch Beispielsweise enthält ein typischer „Zilienchip“ 16 quadratische Einheiten, jede Einheit hat 8 Zilienanordnungen, jede Anordnung hat 8 Zilien und jedes Zilien ist etwa 50 Mikrometer lang, wodurch ein künstlicher Zilien aus etwa 1.000 Zilien entsteht. Der „Teppich“ besteht aus von. Nr um sich hin und her zu bewegen und Flüssigkeit mit Geschwindigkeiten von mehreren zehn Mikrometern pro Sekunde zu pumpen.

Verschiedene Zilienanordnungen können unabhängig voneinander aktiviert werden, wodurch endlose Flussmuster und -wege sowie die Flexibilität der Zilien innerhalb des Organismus entstehen. Das Geschlecht ist fast das Gleiche.

Die Forschung wurde von Itai Cohen, Physikprofessor an der Cornell University, korrespondierender Autor, geleitet und basierte auf einem Platin -basierter elektrischer Aktuator dient als Kernkomponente des Flimmergeräts.

Cohens Team hat zuvor ein ähnliches System gebaut, das es Mikrorobotern ermöglicht, zu laufen. Tatsächlich sind die mechanischen Prinzipien des „Biegens der Beine“ von Mikrorobotern dieser Forschung sehr ähnlich, aber die spezifischen Funktionen und Anwendungen des Ziliarsystems sind unterschiedlich und recht flexibel. #? #Cohen sagte: „Sobald Sie diese Flimmerhärchen einzeln handhaben können, können Sie diese Flüssigkeiten auf jede gewünschte Weise präzise manipulieren und steuern, um kreisförmige Formen zu erreichen.“ In zwei Pfade aufteilen und dann zu einem zusammenführen. Sie können sogar eine Route in drei Dimensionen entwerfen. 🎜🎜#

„Es war schon immer sehr schwierig, kleine Zilien zu erstellen Sie funktionieren in Wasser, sind elektrisch verarbeitbar und können in interessante elektronische Geräte integriert werden. „Mit dieser Plattform werden wir voraussichtlich die nächste Generation mikrofluidischer Geräte entwickeln“, sagte er.

Darüber hinaus entwickelte das Forschungsteam auch ein Ziliengerät, das mit einer CMOS-Uhrschaltung ausgestattet ist, bei dem es sich eigentlich um ein „elektronisches Gehirn“ handelt. Die Fähigkeit der Zilien, ohne Anbindung an herkömmliche Computersysteme zu funktionieren, öffnet auch die Tür für die Entwicklung einer Reihe kostengünstiger Diagnosetests, die vor Ort durchgeführt werden können.

Cohen sagte, es sei denkbar, dass in Zukunft Menschen dieses kleine Gerät mit einer Fläche von 1 cm im Quadrat in der Hand halten werden und einfach einen Tropfen Blut darauf tropfen und alle Tests können durchgeführt werden. Es ist keine Pumpe oder andere Ausrüstung erforderlich. Legen Sie es einfach in die Sonne und es funktioniert. Die Kosten betragen möglicherweise nur etwa 1 bis 10 US-Dollar.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonCilia kann auch als Chips verwendet werden! Auf dem Cover von Nature erscheint eine Arbeit eines chinesischen Doktoranden aus Cornell. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!