Миниатюризация механических устройств привела к тому, что по своим размерам они приближаются к микроорганизмам. Теперь ученые всерьез задумываются о том, как интегрировать микроорганизмы в микромеханические устройства.
Одноклеточный микроорганизм из рода Spirostomum, относящийся к классу ресничных инфузорий и имеющий длину около 500 микрон, может в течение миллисекунд сократить свой продольный размер до 25% от исходного. О таких уникальных возможностях разработчики нынешних микроэлектромеханических машин (MEMS) могут только мечтать.
По этой причине интеграция микроорганизмов с MEMS - одно из наиболее интересных направлений развития MEMS. Ученые из университета штата Вашингтон (США) отобрали наиболее пригодные для этих целей микроорганизмы, сообщает PhysOrg.
Микроорганизмы, по мнению американских ученых, могут быть использованы в следующих четырех направлениях - синтезе материалов, образовании точных структурных блоков, в качестве функциональных устройств и при интеграции в управляемые системы. Все микроорганизмы, пригодные для этих направлений, являются одноклеточными или же состоят всего из нескольких клеток.
Микроорганизмы способны синтезировать не менее 64 различных неорганических соединений, используемых в технологиях MEMS. Процессы биоминерализации характерны как для современных, так и для ископаемых организмов. Ученые уже научились проводить генетическую модификацию микроорганизмов, с помощью которой они смогут формировать биогенный кальцит, диоксид кремния и материалы с магнитными свойствами.
Сейчас для производства MEMS используют методы синтеза, требующие высоких температур, газов с высокой коррозионной активностью, вакуума или плазмы. При использовании микроорганизмов реакции происходят при комнатной температуре в водных растворах при рН, близких к нейтральному.
Некоторые микроорганизмы способны образовывать сложные структуры (например, из кристаллов золота или серебра), при этом протекающие процессы более просты, чем традиционная фотолитография. Структуры могут быть линейными, двумерными или трехмерными, и создавать их можно с нанометровой точностью.
Интересно, что при этом микроорганизмы могут создавать структуры с размерами, на несколько порядков превышающими размеры самих микроорганизмов, таким образом осуществляется переход к макромасштабам.
Использование микроорганизмов в качестве функциональных устройств - одно из наиболее перспективных направлений в сфере создания химических и биологических сенсоров. В сенсорах используют свойства микроорганизмов реагировать на то или иное вещество, и специфичность такой реакции обусловлена самой природой микроорганизма.
Генетическая модификация микроорганизма может привести к появлению у него способности реагировать на несколько веществ, для каждого из которых будет отдельный рецептор. Можно также использовать микроорганизмы в качестве преобразователя химической энергию в механическую или же для генерации электрического тока в ходе биохимических превращений (микробиологические топливные элементы).
