Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Eelkema đã phát hiện ra một quy trình mới sử dụng nhiên liệu để kiểm soát các vật chất không sống, tương tự như những gì tế bào sống làm.
Chu trình phản ứng có thể dễ dàng được áp dụng cho nhiều loại vật liệu và tốc độ của nó có thể được kiểm soát — một bước đột phá trong lĩnh vực mới nổi của các phản ứng như vậy.
>> Tham khảo: Thiết bị điện tử giống như da có thể theo dõi sức khỏe của bạn liên tục.
Khám phá này là một bước tiến tới công nghệ robot mềm; máy mềm có thể cảm nhận được những gì đang xảy ra trong môi trường của chúng và phản ứng tương ứng.
Các nhà hóa học đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature Communications vào tháng trước.
Nhà hóa học Rienk Eelkema và nhóm của ông cố gắng bắt chước tự nhiên, cụ thể là các phản ứng hóa học trong tế bào sống cung cấp nhiên liệu để kiểm soát tế bào.
Eelkema giải thích rằng hộp công cụ của các phản ứng điều khiển các vật liệu không sống theo cách tương tự bị hạn chế. “Cho đến nay, chỉ có khoảng năm loại phản ứng được các nhà nghiên cứu sử dụng rộng rãi. Những phản ứng đó có hai nhược điểm lớn: tốc độ của chúng khó kiểm soát và chúng chỉ hoạt động trên một nhóm phân tử cụ thể.”
Eelkema và ứng cử viên tiến sĩ Benjamin Klemm, tác giả chính của ấn phẩm, đã tìm ra một loại phản ứng mới có thể kiểm soát tốc độ một cách hiệu quả và cũng hoạt động trên nhiều loại vật liệu.
Gel sưng
Eelkema giải thích: “Bản chất của chu trình phản ứng là nó có thể chuyển đổi giữa hạt không tích điện và hạt tích điện bằng cách thêm nhiên liệu hóa học vào nó.
“Điều này cho phép chúng tôi nạp điện cho các vật liệu và do đó sửa đổi cấu trúc của những vật liệu đó, bởi vì các điện tích bằng nhau thì đẩy nhau và các điện tích khác nhau thì hút nhau. Loại và lượng nhiên liệu quyết định tốc độ phản ứng, và do đó thời gian nạp điện và do đó cấu trúc tồn tại.”
Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chu trình phản ứng của họ để sạc một hydrogel, sau đó các điện tích đẩy nhau và gel bắt đầu phồng lên.
>> Tham khảo: Những khám phá mới về vật liệu pin mặt trời đầy hứa hẹn nhờ kính hiển vi mới.
Robot mềm
Chu trình của các phản ứng hóa học có thể hữu ích để chế tạo robot mềm: các thiết bị nhỏ mềm về mặt vật lý, giống như da và mô của chúng ta và có thể thực hiện các chức năng cụ thể. “Robot mềm đã tồn tại, ví dụ như các vi hạt được điều khiển bên ngoài thông qua từ trường hoặc điện trường.
Nhưng cuối cùng, bạn muốn một robot có thể tự điều khiển: tự nhìn thấy nó đang ở đâu và điều gì đang xảy ra rồi phản ứng tương ứng.” Eelkema nói.
“Bạn có thể lập trình trước chu kỳ của chúng tôi thành một hạt, sau đó để yên cho nó và nó sẽ thực hiện chức năng của nó một cách độc lập ngay khi gặp tín hiệu để làm như vậy.”
Bước tiếp theo của Eelkema là liên kết quá trình với môi trường bằng cách bổ sung quá trình xử lý tín hiệu cho nó: “Ví dụ, một hạt polyme có thể chứa một số thành phần của một chu trình như vậy.
>> Tham khảo: Bản đồ đa dạng thực vật thế giới.
Khi nó gặp phần cuối của phản ứng, chu trình đã hoàn thành, phục vụ như một tín hiệu để tan rã hoặc phồng lên chẳng hạn.”
Định nghĩa của cuộc sống
Các tế bào của con người hoặc các sinh vật khác cần năng lượng cho nhiều chức năng: di chuyển, cảm nhận điều gì đó đang xảy ra hoặc phân chia. “Đây cũng là lý do tại sao con người chúng ta cần phải ăn,” Eelkema giải thích.
“Sự liên kết giữa năng lượng với chức năng diễn ra thông qua các phản ứng hóa học và là thứ xác định các sinh vật sống. Nó cho phép các tế bào kiểm soát thời gian và địa điểm các cấu trúc được hình thành hoặc các quá trình diễn ra, cục bộ và trong một thời gian giới hạn.”
Ngược lại, vật chất không sống có thể tồn tại vĩnh viễn và hoạt động mà không cần nguồn cung cấp năng lượng.
Cho đến một thập kỷ trước, không có quy trình nào có thể sử dụng nhiên liệu hóa học để thúc đẩy tương tác trong các vật liệu không sống.
>> Tham khảo: Combo CRISPR mới tăng cường sức mạnh chỉnh sửa bộ gen ở thực vật.
Eelkema: “Chúng tôi đã giới thiệu nó ở đây tại Delft, cùng với một vài nơi khác, và kể từ đó lĩnh vực này đã bùng nổ.”
