Inspirirani socijalnim interakcijama mrava i plijesni, inženjeri s američkog Sveučilišta u Pittsburghu dizajnirali su umjetne stanice sposobne za samoorganiziranje u nezavisne skupine koje mogu komunicirati i surađivati. Istraživanje nedavno objavljeno u Proceedings of National Academy of Sciences predstavlja značajan korak prema proizvodnji umjetnih stanica koje se ponašaju poput prirodnih organizama i koje mogu obavljati važne funkcije u mikro razmjerima na područjima od kemijske industrije do medicine.

Istraživači su u članku predstavili računske modele koji pružaju nacrt za razvoj umjetnih stanica ili mikrokapsula koje mogu komunicirati, kretati se samostalno i prenositi “teret” kao što su kemikalije potrebne za reakcije. Što je najvažnije, “biološki inspirirani” uređaji u potpunosti funkcioniraju putem jednostavnih fizikalnih i kemijskih procesa, ponašaju se kao složeni prirodni organizmi, ali bez njihove složene unutarnje biokemije, rekla je autorica Anna Balazs, profesorica kemijskog inženjerstva u Swanson School of Engineering na University of Pittsburgh.

Te mikrokapsule vrše interakciju lučenjem nanočestica na način sličan onome koji koriste biološke stanice šaljući signale za komunikaciju i okupljanje u grupe. Slično mravima, stanice ostavljaju kemijske tragove dok putuju, upućujući ostale mikrokapsule da ih slijede. Uz Annu Balazs na istraživanju su radili glavni autor German Kolmakov i Victor Yashin, oba postdoktorski istraživači na Odsjeku za kemijsko-naftno inženjerstvo na spomenutom sveučilištu koji je proizveo modele stanica te profesor električnog i računalnog inženjerstva Steven Levitan koji je osmislio prateće sposobnosti stanica nalik na mrave.

Istraživači su napisali da komunikacija ovisi o interakciji između mikrokapsula koje razmjenjuju dva različita tipa nanočestica. “Signalna” stanica izlučuje nanočestice poznate kao agonisti koje upozoravaju drugu, ciljnu mikrokapsulu da emitira nanočestice poznate kao antagonisti.

Video ove interakcije dostupan je na web stranici University of Pittsburgh. Kada signalna stanica emitira nanočestice agoniste, ciljna stanica reagira s antagonistima da zaustavi lučenje prve stanice. Kada signalna stanica postane neaktivna, ciljna stanica isto tako zaustavlja ispuštanje antagonista, što potiče signalnu stanicu da opet počne proces. Ljudi mogu kontrolirati mikrokapsule uključene u ovu međustaničnu komunikaciju podešavanjem propusnosti kapsula i količinom nanočestica koje one sadrže.

Kretanje nastaje kao posljedica oslobađanja nanočestica na površini ispod mikrokapsula. Polimerni zidovi stanica počinju gurati tekućinu oko kapsule dok tekućina gura natrag čak i jače, pokrećući kapsulu. U isto vrijeme, nanočestice se od signalnih stanica povlače prema ciljnim stanicama. Skupine kapsula počinju se formirati dok signalna stanica putuje povlačeći više ciljnih stanica. U praktičnoj primjeni, kaže Balázs, signalna stanica može prevoziti ciljne stanice natovarene teretom. Sljedeći je korak tima provjera redoslijeda kojim se ciljne stanice prikupljaju i otpuštaju.

Istraživači prilagođavaju ispust čestica iz signalnih stanica radi stvaranja raznih formacija stanica. Prvi video isječak pod nazivom “Mravi jedni za drugima” prikazuje teretne “mrave”, pri čemu se izlučivanje čestica jedne skupine mikrokapsula odgađa dok druga skupina mikrokapsula ne prođe i aktivira ga. Tada novo probuđena skupina slijedi kemijske ostatke koje je iza sebe ostavila vodeća skupina.

Drugi video isječak pod naslovom “Stvaranje zmaja” opisuje formiranje “zmaja” koji se sastoji od dviju signalnih stanica koje surađuju i vode veliku skupinu ciljnih stanica. Slična je i “zmija” koja se sastoji od konkurentnih signalnih kapsula koje povlače pojedine linije ciljnih stanica.

Izvor: University of Pittsburgh

Video isječke možete pogledati na: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-07/uop-ptd071910.php