Des chercheurs ont développé une technologie avancée impliquant la conception de micro-robots biohybrides par modification génétique de microalgues, revêtues d’un revêtement magnétique spécialement conçu pour cette application. Ces « microflotteurs » ont conservé presque intégralement leur vitesse, même dans des conditions très contraignantes, et leur vitesse n’a été que légèrement réduite dans des environnements visqueux.
Cette technologie ouvre la voie à de nombreuses applications, notamment l’administration ciblée de médicaments. Les micro-robots biohybrides suscitent un intérêt croissant dans le domaine de la robotique, en raison de leur capacité de propulsion, rendue possible par l’intégration d’éléments biologiques.
Ces matériaux sont modifiés par l’incorporation de divers micro et nanomatériaux, ce qui permet un contrôle polyvalent dans un large éventail de contextes, tels que la navigation dans les tissus biologiques. À titre d’illustration, des ingénieurs ont conçu des bactéries magnétotactiques aptes à administrer des médicaments anticancéreux ciblés.
Des recherches ont également été menées sur l’utilisation de spermatozoïdes modifiés par le magnétisme dans des protocoles peu invasifs visant à traiter les troubles de l’infertilité. Plus récemment, la microalgue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii (CR), caractérisée par ses capacités de nage exceptionnelles, sa sensibilité à la lumière et sa compatibilité biologique, a suscité un intérêt majeur de la part de la communauté scientifique.
Cette cellule est dotée de deux flagelles antérieurs en forme de fouet, lui permettant d’atteindre une vitesse de 20 à 25 fois sa longueur par seconde. En outre, l’absence d’activité génotoxique confère à cette protéine des propriétés particulièrement adaptées aux applications en ingénierie tissulaire et en médecine régénérative.
Ainsi, bien que le guidage magnétique soit devenu la méthode de ciblage la plus courante, son application aux microalgues reste limitée en raison d’un certain nombre de facteurs. En particulier, il reste à élucider les incidences de l’incorporation de particules ou de revêtements magnétiques sur la capacité de flottaison des éléments en question.
Une méthode novatrice, mise au point par des chercheurs allemands, offre une opportunité inédite pour fonctionnaliser la surface des cellules de microalgues. Cette avancée scientifique, qui s’inscrit dans le domaine de l’ingénierie biologique, consiste à incorporer un matériau magnétique dans les cellules, permettant ainsi un contrôle précis de leur trajectoire depuis l’extérieur. Dans le cadre de cette étude, les cellules ont été revêtues d’une mince couche de chitosane, un polymère naturel doté de propriétés adhérentes, en combinaison avec des nanoparticules magnétiques.
La direction de ce mouvement est déterminée par un champ magnétique généré par un système de bobines et d’aimants permanents. La biohybridation a atteint un taux d’efficacité de 95,9 % en l’espace de quelques minutes. Afin d’évaluer leur capacité de nage, les chercheurs ont soumis les microrobots à des tests dans un liquide peu visqueux, similaire à l’eau, puis dans un milieu visqueux.
Dans le cadre de l’expérience, les sujets de l’étude ont été guidés au sein d’un réseau tridimensionnel de microcylindres. Ce réseau a été conçu pour simuler un espace étroit dont le diamètre est environ trois fois supérieur à celui des cellules étudiées. Dans un milieu aquatique, ces organismes ont démontré une mobilité moyenne de 115 micromètres par seconde, ce qui équivaut approximativement à 11,5 fois la longueur de leur corps sur une unité de temps.
Les expériences menées ont en effet démontré la capacité des robots à naviguer dans des microcanaux en fonction de leur diamètre et de la commande magnétique appliquée. En l’absence d’un tel contrôle, ces derniers ont tendance à se bloquer et à revenir au point d’entrée. En effet, sous l’influence d’un champ magnétique dirigé, ces derniers sont capables de progresser même dans les canaux les plus étroits.
Cependant, dans les milieux plus visqueux, la vitesse de déplacement des microrobots est réduite. Les micro-nageurs ont perdu en moyenne 1 à 2 longueurs de corps par seconde, et leur trajectoire s’est avérée tortueuse, avec des mouvements en zigzag. En plus de l’application en biomédecine, ces microrobots pourraient trouver des utilisations dans des domaines tels que la surveillance de l’environnement, le nettoyage industriel ou l’étude des mécanismes fondamentaux.
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