Исследователи из Массачусетского технологического института разработали крошечное устройство, которое занимает менее 0,05% клетки, но при этом может передавать сигналы во вне. Оно подойдет для медицинской диагностики, лечения и научных исследований, поскольку может мониторить и даже управлять клеточной активностью в режиме реального времени.
Ключевая проблема с беспроводными передатчиками состоит в том, что они должны быть сопоставимы по размеру с длиной электромагнитной волны, которые они передают и принимают. Такие длины волн очень велики — они представляют собой скорость света, деленную на частоту волны. Поэтому большинство устройств требует больших антенн.
При этом если увеличивать частоту передачи, чтобы уменьшить длину волны, то получится очень инвазивный передатчик. Это связано с тем, что высокие частоты выделяют тепло, повреждающее живые ткани.
Исследователи нашли выход из этого тупика: они создали устройство, которое преобразовывает электромагнитные волны в акустические. У этих волн с той же частотой длина на пять порядков меньше, чем у электромагнитных. Это связано с разницей в скоростях света и звука. Поэтому маленькое устройство может передавать волны с нужной длиной.
Схематическая диаграмма, показывающая беспроводную работу Cell Rover из клетки (слева), и схема (справа), иллюстрирующая принцип магнитострикции. Случайно ориентированные магнитные домены выравниваются в направлении приложенного магнитного поля, что, в свою очередь, вызывает деформацию материала. Изображение: Baju Joy et al., Nature Communications
Инженеры разработали миниатюрные антенны из магнитострикционных материалов. Когда к ним прикладывается магнитное поле, частицы в таком материале выравниваются в соответствии с его направлением, создавая напряжение в материале. Это можно сравнить с тем, как ткань, в которую вплетены металлические кусочки деформируется под действием магнита.
Когда к антенне прикладывается переменное магнитное поле, деформация и напряжение (давление), возникающие в материале, создают акустические волны в антенне, объясняют ученые. Такое устройство, внедренное внутрь клетки, может использоваться для изучения микробиологии и организации «прямой трансляции» процессов, которые там происходят.
