Silia juga boleh digunakan sebagai kerepek! Karya oleh pelajar kedoktoran Cina dari Cornell muncul di muka depan Nature

Apakah langkah paling penting dalam membuat kerepek?

Selain menggunakan proses pembuatan yang lebih maju untuk membawa kepadatan transistor yang lebih besar dan memperoleh kuasa pengkomputeran yang lebih besar, penghantaran dan kawalan isyarat dalaman dalam cip Ia juga bahagian penting.

"Cilia Chip", nak tahu lebih lanjut?

Sudah tentu, mari kita lihat dahulu apa yang silia lakukan.

Cilia boleh dikatakan sebagai utusan dan utusan yang paling rajin dalam organisma Secara lebih langsung, mereka adalah "porter" cecair yang paling fleksibel.

Melalui pukulan berirama, rambut langsing ini menggerakkan cecair dalam badan, termasuk cecair serebrospinal di dalam otak, dan membersihkan kahak dan kotoran dari paru-paru. bahan untuk memastikan organ dan tisu manusia lain bersih.

Selama bertahun-tahun, orang ramai berharap untuk menyerap, atau "meminjam", keupayaan ajaib silia dalam bidang pengkomputeran dan kawalan.

Tetapi pada tahap mikro. Sangat sukar untuk meniru "keajaiban" dalam organisma ini. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penyelidikan mengenai pemacu optikal, magnetik dan elektrik telah mencapai banyak kemajuan, tetapi platform "didorong silia" dengan nilai aplikasi kejuruteraan masih sukar untuk direalisasikan.

Kini, kesukaran ini telah diselesaikan oleh sekumpulan penyelidik di Cornell University.

Mereka mereka bentuk sistem silia tiruan mini menggunakan komponen berasaskan platinum yang boleh menggunakan silia untuk mengawal pergerakan cecair pada skala mikroskopik. Pada masa hadapan, adalah mungkin untuk melaksanakan peranti diagnostik mudah alih kos rendah yang boleh digunakan untuk menguji sampel darah, memanipulasi aktiviti sel atau membantu dalam proses pemesinan mikro.

Pada masa ini, kertas kerja yang menerangkan penyelidikan ini telah diterbitkan dalam Nature terbaharu makalah pertama adalah oleh pelajar kedoktoran Cina Wang Wei (gambar di atas) . 2. Sebagai felo pasca doktoral Cina, Liu Qingkun, kertas kerjanya telah disebut lebih daripada 2,300 kali dan indeks Hnya ialah 24.

Wang Wei berkata bahawa sudah terdapat banyak kaedah untuk mencipta silia tiruan yang didorong oleh cahaya, magnet atau daya elektrostatik, tetapi kami adalah pasukan pertama menggunakan nanoactuator baharu untuk merealisasikan silia buatan yang boleh dikawal secara individu.

Pautan kertas: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04645-w.pdf

Dalam kertas Nature ini, penyelidik membina metasurface aktif yang memacu silia buatan yang dipacu secara elektronik dan boleh menjana corak aliran arbitrari dalam cecair berhampiran permukaan.

Para penyelidik mula-mula membina silia dipacu voltan, yang bergerak secara satu arah pada kelajuan berpuluh-puluh mikrometer sesaat di bawah voltan pemacu 1 volt untuk memacu aliran permukaan . Sel unit siliri boleh menjana satu siri aliran unsur secara tempatan dan membentuk bentuk geometri yang berbeza.

Silia tiruan berdasarkan penggerak elektrokimia permukaan

Dengan gabungan Dengan ini sel unit, penyelidik mencipta metasurface bersilia aktif yang boleh menjana sebarang corak aliran yang diingini dan bertukar secara fleksibel antara corak ini.

Keputusan ini akhirnya disahkan melalui eksperimen dan pengiraan teori.

Para penyelidik berkata bahawa keputusan ini membuka cara baharu untuk manipulasi mikrobendalir berskala halus pada masa hadapan, dengan aplikasi yang terdiri daripada pengepaman mikrobendalir kepada pergerakan mikrorobot.

Pandangan mikroskopik silia tiruan

Secara khusus, "cip silia" biasa mengandungi 16 unit persegi , setiap unit mempunyai susunan 8 silia, setiap tatasusunan mempunyai 8 silia, dan setiap silia adalah kira-kira 50 mikron panjang, membentuk "permaidani" yang terdiri daripada kira-kira 1,000 silia tiruan.

Menggunakan voltan berayun pada setiap silia akan menyebabkan pengoksidaan dan pengurangan berkala pada permukaannya, menyebabkan silia bengkok ke belakang dan ke belakang pada berpuluh kali ganda sesaat. Mengepam cecair pada kelajuan mikron.

Tatasusunan silia yang berbeza boleh diaktifkan secara bebas, sekali gus mewujudkan corak dan laluan aliran yang tidak berkesudahan, hampir sama fleksibelnya dengan silia dalam organisma hidup.

Penyelidikan ini diketuai oleh Itai Cohen, pengarang yang sepadan bagi kertas dan profesor fizik di Universiti Cornell, dan dibina di atas platinum berasaskan penggerak elektrik , sebagai komponen teras radas ciliary.

Pasukan Cohen sebelum ini membina sistem serupa yang membolehkan robot mikro berjalan. Sebenarnya, prinsip mekanikal "kaki lentur" mikrorobot sangat serupa dengan penyelidikan ini, tetapi fungsi dan aplikasi khusus sistem siliari adalah berbeza dan agak fleksibel.

Berbilang laluan aliran yang dihasilkan oleh unit ciliary

Cohen berkata, " Sebaik sahaja anda boleh mengendalikan silia ini secara individu, anda boleh memanipulasi dan mengawal cecair ini dengan tepat dalam apa-apa cara yang anda mahukan malah reka bentuk laluan dalam tiga dimensi Ringkasnya, segala-galanya adalah mungkin menggunakan platform sedia ada yang berfungsi dalam air, boleh diproses secara elektrik, dan boleh disepadukan dengan peranti elektronik yang menarik kini telah diselesaikan, kita boleh berharap untuk membangunkan peranti mikrofluidik generasi akan datang ” katanya.

Selain itu, pasukan penyelidik juga membangunkan peranti ciliary yang dilengkapi dengan litar jam CMOS, yang sebenarnya adalah "otak elektronik", membolehkan silia menjadi dipintas oleh komputer tradisional Pengendalian tanpa kekangan sistem juga membuka pintu kepada pembangunan pelbagai ujian diagnostik kos rendah yang boleh dilakukan di lapangan.

Cohen berkata, boleh dibayangkan pada masa akan datang, orang ramai akan memegang peranti kecil ini yang berukuran 1 cm persegi dan hanya meletakkan setitik darah. di atasnya. Tidak perlu pam atau peralatan lain, letakkan sahaja di bawah sinar matahari dan ia akan berfungsi, dan kosnya mungkin hanya sekitar $1 hingga $10.

Atas ialah kandungan terperinci Silia juga boleh digunakan sebagai kerepek! Karya oleh pelajar kedoktoran Cina dari Cornell muncul di muka depan Nature. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!