ナノボットが「リーダーについていく」挙動を可能に(Can nanobots play follow the leader?)

2025-09-09 ペンシルベニア州立大学(Penn State)

ペンシルベニア州立大学の研究チームは、異なる機能を持つナノ粒子が「先導者―追従者」の関係を構築し、協調的に行動できることを実証した。実験では、酵素アシッドホスファターゼを持つ粒子が基質グルコース-6-リン酸を分解し、その生成物グルコースが、追従者であるグルコースオキシダーゼ粒子を誘導した。この連鎖により、追従粒子は先導粒子の経路を追うように移動する。観察には新しいT字型マイクロ流体デバイスを用い、従来より長時間にわたり挙動を記録することに成功した。研究チームはこの現象を「非相互作用による追従」と呼び、生物分子のように自律的に連携するナノ粒子群を実現する第一歩と位置づけている。将来的には、薬物輸送やナノスケール製造などで複数のナノボットが協力し、標的指向的に働く技術へと発展する可能性がある。成果は『Cell Reports Physical Science』に掲載された。

<関連情報>

無流動条件下における酵素カスケードの非互換性走化性運動 Non-reciprocal chemotactic movement in enzyme cascade under flow-free conditions

Aditya Sapre ∙ Xiaotian Lu ∙ Yu-Ching Tseng ∙ Mariam Mansour ∙ Niladri Sekhar Mandal ∙ Ayusman Sen
Cell Reports Physical Science  Published:June 27, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.102666

Highlights

  • Enzyme-coated particles show substrate-specific chemotaxis under flow-free conditions
  • Non-reciprocal interaction seen in enzyme cascade in presence of substrate
  • Work enables the design of different particle populations that coordinate their behavior

Summary

Chemotactic guiding by chemical gradients is important because of possible applications in targeted delivery. In addition, the experimental demonstration of microscale non-reciprocal interactions in active systems is fundamentally important. We developed a microchannel architecture that allows reactive particles to be exposed to imposed chemical gradients for a long time under flow-free conditions. Using this setup, we show that particles functionalized with different enzymes show positive chemotactic mobility in response to their respective substrate gradients. Most significantly, when combined, both acid phosphatase- and glucose oxidase-functionalized particles exhibit chemotaxis in response to a gradient of glucose-6-phosphate, which acid phosphatase converts to glucose, the substrate for glucose oxidase. These findings underscore the significance of chemical gradients in directing particle movement, offering insights crucial for understanding swarming and signaling in living systems. The work also constitutes the first step in designing populations of particles with distinct functions that coordinate their behavior.

0502有機化学製品
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