Spermacel inspireert microrobot

Onderzoekers van de universiteit van Illinois te Urbana-Champaign presenteren in Nature Communications een kunstmatige microscopische cel van kunststof en biologisch weefsel die zelfstandig rond kan zwemmen. Daarmee denken ze een manier gevonden te hebben om microstructuurtjes voort te stuwen in een vloeistof. Op microscopische schaal speelt viscositeit een veel grotere rol dan op macroschaal, waardoor traditionele methoden daar slecht werken. Biologische cellen gebruiken twee hoofdontwerpen om dit probleem op te lossen: kleine trilhaartjes op het celoppervlak, of zweepstaarten zoals bij spermacellen.

Het kunstmatige zwemmertje is gebaseerd op het laatste ontwerp. De onderzoekers maakten van kunststof een klein gestroomlijnd blokje als lichaam met een lange flexibele zweepstaart, al met al twee millimeter lang. Vervolgens lieten ze hartstamcellen los op het structuurtje, die zich dankzij een biologische coating op het lichaam en de basis van de zweepstaart nestelden. Naarmate hartcellen zich ontwikkelen, beginnen ze ritmisch samen te trekken. In het begin is dat willekeurig maar na verloop van tijd gebeurt dat synchroon. Op dat moment begint de zweepstaart te slaan gaat de cyborgspermacel zwemmen.

De kunstmatige cel zwemt nu nog willekeurig rond. De onderzoekers willen echter een versie ontwikkelen die op licht of chemische gradiënten kan reageren. Dat kan door niet een maar twee staarten te gebruiken, en de cellen zo aan te passen dat hun samentrekkingssnelheid reageert op deze prikkels. Een tweede staart biedt sowieso een voordeel, hebben de onderzoekers al ontdekt: de zwemsnelheid neemt fors toe, van tien naar tachtig micrometer per seconde.