دانشمندان مجموعه‌ای از ربات‌های لیزری کوچک ساخته‌اند که می‌توانند یکی از کوچک‌ترین واحدهای حیات یعنی سلول را مدیریت کنند.

این میکروربات ها می توانند سلول ها را بین 30 تا 40 میکرومتر بردارند، حرکت دهند و بچرخانند. دقتی که این میکروربات‌ها برای تصویربرداری از سلول‌ها و تنظیم تعاملات بین آن‌ها ارائه می‌کنند، توانایی دانشمندان را برای پاسخ به سؤالات اساسی افزایش می‌دهد.

کلمن گفت: “اگر جسم کوچکی در کانون پرتو باشد، آن را شکسته و جهت را تغییر می دهد.” بر اساس فیزیک نور، تغییر جهت به معنای تغییر تکانه نور است، اما تغییر در تکانه به این معنی است که نیروی وارد شده به پرتو باعث این تغییر شده است. از آنجایی که این جسم کوچک باعث شکستن پرتو شده است، می توان گفت که جسم کوچک نیرویی به تیر وارد می کند.

هر عملی عکس العملی برابر دارد. به این معنی که پرتو نور بر جسم کوچک نیرو وارد می کند و آن را در جای خود نگه می دارد.

استفاده از موچین های سبک به تنهایی برای مطالعه سلول ها کافی نیست، زیرا به دام انداختن خود سلول در پرتو، آن را گرم می کند و به برخی از سیستم های سلولی آسیب می رساند. پایداری و نیروی ایجاد شده توسط پنس به دلیل اندازه و شکل سلول و آب معلق در آن ضعیف است.

در گذشته، دانشمندان برای حل این مشکل، دانه‌های کوچک یا ساختارهای کوچکی را به سلول‌ها وصل می‌کردند، اما به سلول آسیب می‌رسانند و پس از اضافه شدن نمی‌توان آنها را جدا کرد. کلمن توضیح داد که مانند استفاده از نوار چسب برای چسباندن یک توپ پنبه ای به قاشق است. می توانید قاشق را نگه دارید تا توپ را بدون فشار آوردن به آن حرکت دهید، اما وقتی می خواهید آن را بردارید، توپ پاره می شود.

این تماس ها اغلب به تغییراتی در محیط سلول نیاز دارند، مانند تغییر pH یا افزودن مواد شیمیایی دیگر برای تکمیل تماس. میکروربات‌های جدیدی که در این تحقیق توسعه یافته‌اند، از این امر اجتناب می‌کنند، زیرا به اندازه کافی کوچک و انعطاف‌پذیر هستند تا سلول‌ها را در حالی که با استفاده از موچین‌های نوری از بین می‌برند، به آرامی بگیرند.

مجموعه دیگری از لیزر برای ساخت ربات های کوچک مورد نیاز بود. فرآیندی به نام «پلیمریزاسیون دو فوتونی» از نور برای پلیمریزه کردن پلیمر تنها زمانی استفاده می‌کند که نور با ماده تماس پیدا کند.

کلمن گفت: “ما نور را روی کسری از میکرومتر متمرکز می کنیم و پلیمر در آن نقطه کوچک سخت می شود.” این به ما این امکان را می دهد که ربات هایی با دقت در مقیاس نانومتر بسازیم.

چالش این بود که روبات‌ها به اندازه کافی نازک و انعطاف‌پذیر شوند تا سلول‌ها را در حالی که توسط پرتو گرفته می‌شدند، بردارند. کلمن ادامه داد: «ما باید بسیار دقیق عمل می‌کردیم، زیرا اگر یک عنصر انعطاف‌پذیر در ریزساختار ما وجود داشته باشد که ضخامت آن 400 نانومتر باشد، می‌توان آن را با موچین‌های نوری خم کرد، اما اگر ضخامت آن 600 نانومتر باشد، نمی‌توانیم.»

در آزمایش‌ها، محققان نشان دادند که می‌توانند از موچین‌های نوری برای تغییر شکل بخشی از میکروربات‌ها استفاده کنند تا آنها را برای گرفتن سلول آماده کنند. ویژگی انعطاف پذیر میکروربات سلول را در جای خود نگه می دارد و پرتو را برای به دام انداختن و تنظیم قسمت سفت تر ربات شلیک می کند.

تیم تحقیقاتی سه ربات کوچک طراحی کردند که به آنها اجازه می‌داد سلول‌ها را از مکانی به مکان دیگر منتقل کنند، آنها را برای تصویربرداری میکروسکوپی بچرخانند یا دو سلول را بگیرند و آنها را به هم فشار دهند تا تعاملات آنها را مطالعه کنند.

کلمن گفت: «این یک روند توسعه طولانی بود و شگفتی‌های زیادی وجود داشت. ربات ها همانطور که در نظر گرفته شده اند کار می کنند و روشی غیر مخرب برای تعمیر و تصویربرداری از سلول ها در یک محیط طبیعی ارائه می دهند.

از آنجایی که موچین های نوری هنوز تخصصی هستند، کلمن انتظار ندارد که هر آزمایشگاهی توانایی استفاده از آنها را داشته باشد، اما آزمایشگاه هایی که دارای تجهیزات هستند می توانند آنها را برای کارهای جدید اصلاح و بهبود بخشند.