Biohybrid Mikroschwimmer - Biohybrid microswimmers
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| Mikrobielle und Mikrobot-Bewegung |
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Biohybrid-Mikroschwimmer können als Mikroschwimmer definiert werden, die sowohl aus biologischen als auch aus künstlichen Bestandteilen bestehen, beispielsweise einem oder mehreren lebenden Mikroorganismen, die an einem oder mehreren synthetischen Teilen befestigt sind.
In den letzten Jahren wurden nanoskopische und mesoskopische Objekte entwickelt, um sich gemeinsam durch direkte Inspiration aus der Natur oder durch Nutzung der vorhandenen Werkzeuge zu bewegen. Kleine mesoskopische bis nanoskopische Systeme arbeiten typischerweise bei niedrigen Reynolds-Zahlen (Re ≪ 1), und es wird schwierig, ihre Bewegung zu verstehen. Damit eine Fortbewegung stattfinden kann, muss die Symmetrie des Systems gebrochen werden.
Darüber hinaus erfordert kollektive Bewegung einen Kopplungsmechanismus zwischen den Einheiten, aus denen das Kollektiv besteht. Um mesoskopische bis nanoskopische Einheiten zu entwickeln, die zum Schwarmverhalten fähig sind, wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Einheiten durch eine gebrochene Symmetrie mit einer wohldefinierten Morphologie gekennzeichnet sind und mit einem Material versorgt werden, das Energie ernten kann. Wenn die geerntete Energie zu einem das Objekt umgebenden Feld führt, dann kann dieses Feld mit dem Feld eines benachbarten Objekts koppeln und eine gewisse Koordination in das kollektive Verhalten bringen. Solche Roboterschwärme wurden von einem Online-Expertengremium als eine der 10 großen ungelösten Gruppenherausforderungen im Bereich Robotik eingestuft . Obwohl die Untersuchung ihres zugrunde liegenden Wirkmechanismus noch in den Kinderschuhen steckt, wurden verschiedene Systeme entwickelt, die in der Lage sind, kontrollierte und unkontrollierte Schwarmbewegungen durch Energiegewinnung (zB Licht, Wärme usw.) durchzuführen.
In den letzten zehn Jahren haben biohybride Mikroroboter, bei denen lebende mobile Mikroorganismen physisch in ungebundene künstliche Strukturen integriert sind, ein wachsendes Interesse gewonnen, um die aktive Fortbewegung und Frachtlieferung zu einem Zielort zu ermöglichen. Neben der Beweglichkeit machen die intrinsischen Fähigkeiten, eine angemessene Reaktion auf künstliche und umweltbedingte Veränderungen zu erkennen und auszulösen, zellbasierte Biohybrid-Mikroroboter attraktiv für den Transport von Fracht in die unzugänglichen Hohlräume des menschlichen Körpers zur lokalen aktiven Abgabe von diagnostischen und therapeutischen Wirkstoffen.
Hintergrund
Biohybrid-Mikroschwimmer können als Mikroschwimmer definiert werden, die sowohl aus biologischen als auch aus künstlichen Bestandteilen bestehen, beispielsweise einem oder mehreren lebenden Mikroorganismen, die an einem oder mehreren synthetischen Teilen befestigt sind. Die Pioniere auf diesem Gebiet, die ihrer Zeit voraus waren, waren Montemagno und Bachand mit einer Arbeit aus dem Jahr 1999 über spezifische Bindungsstrategien biologischer Moleküle an nanogefertigte Substrate, die die Herstellung hybrider anorganisch/organischer nanoelektromechanischer Systeme , sogenannter NEMS, ermöglichen. Sie beschrieben die Produktion großer Mengen an F1-ATPase aus dem thermophilen Bakterium Bacillus PS3 für die Herstellung von biomolekularen F1-ATPase- Motoren, die auf einem Nanoarray-Muster aus Gold, Kupfer oder Nickel immobilisiert sind, das durch Elektronenstrahllithographie hergestellt wurde . Diese Proteine wurden an Mikrokügelchen von einem Mikrometer angeheftet, die mit einem synthetischen Peptid markiert waren . Folglich gelang es ihnen, eine Plattform mit chemisch aktiven Zentren herzustellen und biohybride Geräte zu entwickeln, die die Energie biomolekularer Motoren in nützliche Arbeit umwandeln können.
Eine der grundlegendsten Fragen der Wissenschaft ist, was das Leben ausmacht. Kollektive Bewegung ist eines der Kennzeichen des Lebens. Dies wird üblicherweise in der Natur auf verschiedenen dimensionalen Ebenen beobachtet, wenn sich energetisierte Wesen in einer konzertierten Anstrengung zu beweglichen aggregierten Mustern versammeln. Diese beweglichen aggregierten Ereignisse können unter vielen anderen als dynamische Schwärme wahrgenommen werden ; B. einzellige Organismen wie Bakterien, Heuschreckenschwärme oder das Schwarmverhalten von Vögeln.
Seit Newton seine Bewegungsgleichungen aufgestellt hat, taucht das Mysterium der Bewegung auf der Mikroskala in der Wissenschaftsgeschichte häufig auf, wie es in einigen Artikeln bekannt ist, die kurz diskutiert werden sollen. Erstens ist ein wesentliches Konzept, das von Osborne Reynolds populär gemacht wurde , dass die relative Bedeutung von Trägheit und Viskosität für die Bewegung einer Flüssigkeit von bestimmten Details des betrachteten Systems abhängt. Die ihm zu Ehren benannte Reynolds-Zahl Re quantifiziert diesen Vergleich als dimensionsloses Verhältnis von charakteristischen Trägheits- und Viskositätskräften:
Hier ρ die Dichte des Fluids; u ist eine charakteristische Geschwindigkeit des Systems (zB die Geschwindigkeit eines schwimmenden Teilchens); l ist eine charakteristische Längenskala (zB die Schwimmergröße); und μ ist die Viskosität des Fluids. Nimmt man Wasser als Suspensionsflüssigkeit und verwendet experimentell beobachtete Werte für u , kann man feststellen, dass die Trägheit für makroskopische Schwimmer wie Fische ( Re = 100) wichtig ist , während die Viskosität die Bewegung von Mikroschwimmern wie Bakterien ( Re = 10 −4 . ) dominiert ).
Die überwältigende Bedeutung der Viskosität für das Schwimmen im Mikrometerbereich hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Schwimmstrategie. Dies wurde einprägsam von EM Purcell diskutiert , der den Leser in die Welt der Mikroorganismen einlud und die Bedingungen ihrer Bewegung theoretisch untersuchte. In erster Linie Antriebsstrategien von großen Schwimmer beinhalten häufig Verleihen Impuls an das umgebende Fluid in periodischen diskreten Ereignissen , wie zum Beispiel eine Wirbelablösung , und zwischen diesen Ereignissen durch Ausrollen Trägheit . Dies kann für Mikroschwimmer wie Bakterien nicht effektiv sein: Aufgrund der großen viskosen Dämpfung liegt die Trägheitsauslaufzeit eines mikrometergroßen Objekts in der Größenordnung von 1 μs. Die Ausrollstrecke eines sich mit einer typischen Geschwindigkeit bewegenden Mikroorganismus beträgt etwa 0,1 Angström (Å). Purcell kam zu dem Schluss, dass nur Kräfte, die im gegenwärtigen Moment auf einen Mikrokörper ausgeübt werden, zu seinem Antrieb beitragen, sodass eine konstante Energieumwandlungsmethode unerlässlich ist.
Mikroorganismen haben ihren Stoffwechsel für eine kontinuierliche Energiegewinnung optimiert , während rein künstliche Mikroschwimmer (Mikroroboter) Energie aus der Umwelt beziehen müssen, da ihre Bordspeicherkapazität sehr begrenzt ist. Als weitere Folge der kontinuierlichen Energieverschwendung gehorchen biologische und künstliche Mikroschwimmer nicht den Gesetzen der statistischen Gleichgewichtsphysik und müssen durch die Nichtgleichgewichtsdynamik beschrieben werden. Mathematisch untersuchte Purcell die Auswirkungen einer niedrigen Reynolds-Zahl, indem er die Navier-Stokes-Gleichung verwendete und die Trägheitsterme eliminierte:
wo ist die Geschwindigkeit des Fluids und ist der Gradient des Drucks . Wie Purcell feststellte, enthält die resultierende Gleichung – die Stokes-Gleichung – keine explizite Zeitabhängigkeit. Dies hat einige wichtige Konsequenzen dafür, wie ein schwebender Körper (zB ein Bakterium) durch periodische mechanische Bewegungen oder Deformationen (zB eines Flagellums ) schwimmen kann . Erstens ist die Bewegungsgeschwindigkeit für die Bewegung des Mikroschwimmers und der umgebenden Flüssigkeit praktisch irrelevant: Eine Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit ändert die Geschwindigkeitsskala der Flüssigkeit und des Mikroschwimmers, aber nicht das Muster der Flüssigkeit fließen. Zweitens werden durch Umkehren der Richtung der mechanischen Bewegung einfach alle Geschwindigkeiten im System umgekehrt. Diese Eigenschaften der Stokes-Gleichung schränken die Bandbreite möglicher Schwimmstrategien stark ein.
Neuere Veröffentlichungen von biohybriden Mikroschwimmern umfassen die Verwendung von Samenzellen, kontraktiven Muskelzellen und Bakterien als biologische Komponenten, da sie chemische Energie effizient in Bewegung umwandeln können und zusätzlich je nach Umgebungsbedingungen komplizierte Bewegungen ausführen können. In diesem Sinne können biohybride Mikroschwimmersysteme als Kombination verschiedener Funktionskomponenten beschrieben werden: Cargo und Carrier. Die Fracht ist ein interessantes Element, das auf kundenspezifische Weise bewegt (und möglicherweise freigegeben) werden muss. Der Träger ist die für die Bewegung des Biohybrids verantwortliche Komponente, die die gewünschte Fracht transportiert, die mit seiner Oberfläche verbunden ist. Die überwiegende Mehrheit dieser Systeme basiert auf biologisch beweglichen Antrieben für den Transport von synthetischer Fracht zur gezielten Wirkstoffabgabe/ Es gibt auch Beispiele für den umgekehrten Fall: künstliche Mikroschwimmer mit biologischen Frachtsystemen.
In den letzten zehn Jahren haben biohybride Mikroroboter, bei denen lebende mobile Mikroorganismen physisch in ungebundene künstliche Strukturen integriert sind, ein wachsendes Interesse gewonnen, um die aktive Fortbewegung und Frachtlieferung zu einem Zielort zu ermöglichen. Neben der Beweglichkeit machen die intrinsischen Fähigkeiten, eine angemessene Reaktion auf künstliche und umweltbedingte Veränderungen zu erkennen und auszulösen, zellbasierte Biohybrid-Mikroroboter attraktiv für den Transport von Fracht in die unzugänglichen Hohlräume des menschlichen Körpers zur lokalen aktiven Abgabe von diagnostischen und therapeutischen Wirkstoffen. Aktive Fortbewegung, gezielte Ausrichtung und Lenkung konzentrierter therapeutischer und diagnostischer Wirkstoffe, eingebettet in mobile Mikroroboter, zum Wirkort können die bestehenden Herausforderungen konventioneller Therapien überwinden. Zu diesem Zweck wurden üblicherweise Bakterien mit daran befestigten Kügelchen und Geisterzellkörpern verwendet.
Bakterielle Biohybride
befestigt sind jedes Bakterium ist zustandsabhängig.
Künstliche Mikro- und Nanoschwimmer sind kleine Geräte, die Energie in Bewegung umwandeln. Seit der ersten Demonstration ihrer Leistungsfähigkeit im Jahr 2002 hat sich das Feld in Bezug auf neue Vorbereitungsmethoden, Antriebsstrategien, Bewegungssteuerung und geplante Funktionalität rasant entwickelt. Das Feld ist vielversprechend für Anwendungen wie Wirkstoffabgabe, Umweltsanierung und Sensorik. Der Fokus des Feldes lag zunächst hauptsächlich auf künstlichen Systemen, aber in der Literatur tauchen immer mehr "Biohybride" auf. Die Kombination von künstlichen und biologischen Komponenten ist eine vielversprechende Strategie, um neue, gut kontrollierte Mikroschwimmer-Funktionalitäten zu erhalten, da wesentliche Funktionen lebender Organismen untrennbar mit der Bewegungsfähigkeit verbunden sind. Lebewesen aller Größenordnungen bewegen sich als Reaktion auf Umweltreize (z. B. Temperatur oder pH-Wert), um nach Nahrungsquellen zu suchen, sich zu vermehren oder vor Raubtieren zu fliehen. Eines der bekannteren lebenden Mikrosysteme sind schwimmende Bakterien, aber gerichtete Bewegung findet sogar auf molekularer Ebene statt, wo Enzyme und Proteine Konformationsänderungen erfahren, um biologische Aufgaben zu erfüllen.
Schwimmende Bakterienzellen wurden bei der Entwicklung von Hybrid-Mikroschwimmern verwendet. Das Anheften von Ladung an die Bakterienzellen könnte ihr Schwimmverhalten beeinflussen. Bakterienzellen im Schwarmzustand wurden auch bei der Entwicklung von Hybrid-Mikroschwimmern verwendet. Schwärmende Serratia marcescens- Zellen wurden auf PDMS-beschichtete Deckgläser übertragen, was zu einer Struktur führte, die von den Autoren als "Bakterienteppich" bezeichnet wird. Unterschiedlich geformte flache Fragmente dieser Bakterienteppiche, sogenannte "Auto-Mobile Chips", bewegten sich in zwei Dimensionen über die Oberfläche des Objektträgers. In vielen anderen Arbeiten wurden Schwärmzellen von Serratia marcescens sowie Schwärmzellen von E. coli für die Entwicklung hybrider Mikroschwimmer verwendet. Magnetotaktische Bakterien standen aufgrund ihrer vielseitigen Verwendung in biohybriden Bewegungssystemen im Fokus verschiedener Studien.
Protisten-Biohybride
Algen
Unten: REM-Aufnahmen von nackten Mikroalgen (links) und biohybriden Mikroalgen (rechts), die mit Chitosan-beschichteten Eisenoxid-Nanopartikeln (CSIONPs) beschichtet sind. Bilder waren pseudokoloriert. Eine dunklere grüne Farbe auf dem rechten REM-Bild repräsentiert eine Chitosan-Beschichtung auf der Mikroalgen-Zellwand. Orangefarbene Partikel repräsentieren CSIONPs.
Chlamydomonas reinhardtii ist eine einzellige grüne Mikroalge . Der Wildtyp C. reinhardtii hat eine Kugelform mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 10 µm. Dieser Mikroorganismus kann das sichtbare Licht wahrnehmen und von diesemmit hohen Schwimmgeschwindigkeiten im Bereich von 100–200 µm s −1 gelenkt werden (zB Phototaxis ). Es verfügt über eine natürliche Autofluoreszenz , die eine markierungsfreie Fluoreszenzbildgebung ermöglicht. C. reinhardtii wurde aktiv als lebende Komponente von biohybriden Mikrorobotern für die aktive Verabreichung von Therapeutika erforscht. Sie sind biokompatibel mit gesunden Säugerzellen, hinterlassen keine bekannten Toxine, sind in den physiologisch relevanten Medien mobil und ermöglichen eine Oberflächenmodifikation, um Fracht an die Zellwand zu transportieren. Alternative Bindungsstrategien für C. reinhardtii wurden für die Anordnung vorgeschlagen, indem die interagierenden Oberflächen durch elektrostatische Wechselwirkungen und kovalente Bindungen modifiziert werden.
Robokolithen
(B) Anschließend brachen und entfernten wir das Zellmaterial von EHUX-Coccolithophoren, um mehrere (oben; Maßstabsbalken, 20 μm) und einzelne (unten; Maßstabsbalken, 1 μm) Coccolithen zu isolieren, wie durch SEM visualisiert.
(C) AFM-Bild eines einzelnen Coccolith. Schliffbildgröße 4 × 4 µm.
(D) AFM-Vergrößerung das Schliffbild eines einzelnen Coccolithen. Maßstabsleiste, 400 nm.
(E) Illustration eines Coccoliths mit seinen spezifischen morphologischen Parametern.
(F) Typische aufgetragene Werte der spezifischen morphologischen Parameter. Die Daten werden als Mittelwert ± SD (n = 55) dargestellt, wobei n die Anzahl der durch TEM sichtbar gemachten Coccolithen ist.
Kollektive Bewegung ist eines der Kennzeichen des Lebens. Im Gegensatz zu dem, was einzeln erreicht wird, ermöglichen mehrere Entitäten lokale Interaktionen zwischen jedem Teilnehmer in der Nähe. Wenn wir jeden Teilnehmer des kollektiven Verhaltens als (bio)physikalischen Wandler betrachten , dann wird die Energie von einer Art in eine andere umgewandelt. Die Proxemik wird dann eine verbesserte Kommunikation zwischen benachbarten Individuen durch Energieübertragung begünstigen, was zu einem dynamischen und komplexen synergetischen Verhalten der zusammengesetzten angetriebenen Struktur führt.
In den letzten Jahren wurden nanoskopische und mesoskopische Objekte entwickelt, um sich gemeinsam durch direkte Inspiration aus der Natur oder durch Nutzung der vorhandenen Werkzeuge zu bewegen. Solche Roboterschwärme wurden von einem Online-Expertenpanel als eine der 10 großen ungelösten Gruppenherausforderungen im Bereich Robotik eingestuft . Obwohl die Erforschung ihres zugrunde liegenden Wirkmechanismus noch in den Kinderschuhen steckt, wurden verschiedene Systeme entwickelt, die in der Lage sind, kontrollierte und unkontrollierte Schwarmbewegungen durch Gewinnung von Energie (zB Licht, Wärme usw.) durchzuführen. Wichtig ist, dass diese Energie in eine Nettokraft umgewandelt werden sollte, damit sich das System bewegen kann.
Kleine mesoskopische bis nanoskopische Systeme arbeiten typischerweise bei niedrigen Reynolds-Zahlen (Re ≪ 1), und es wird schwierig, ihre Bewegung zu verstehen. Damit eine Fortbewegung stattfinden kann, muss die Symmetrie des Systems gebrochen werden.14 Darüber hinaus erfordert die kollektive Bewegung einen Kopplungsmechanismus zwischen den Einheiten, aus denen das Kollektiv besteht.
Um mesoskopische bis nanoskopische Einheiten zu entwickeln, die zum Schwarmverhalten fähig sind, wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Einheiten durch eine gebrochene Symmetrie mit einer wohldefinierten Morphologie gekennzeichnet sind und mit einem Material versorgt werden, das in der Lage ist, Energie zu ernten. Wenn die geerntete Energie zu einem das Objekt umgebenden Feld führt, dann kann dieses Feld mit dem Feld eines benachbarten Objekts koppeln und eine gewisse Koordination in das kollektive Verhalten bringen.
Emiliania huxleyi (EHUX) Coccolithophor- abgeleitete asymmetrische Coccolithen ragen als Kandidaten für die Wahl eines nano-/mesoskopischen Objekts mit gebrochener Symmetrie und wohldefinierter Morphologie heraus. Neben der thermodynamischen Stabilität aufgrund ihrer Calcit- Zusammensetzung ist der entscheidende Vorteil von EHUX-Coccolithen ihre ausgeprägte und ausgeklügelte asymmetrische Morphologie. Coccolithen von EHUX zeichnen sich durch mehrere Rippen mit Hammerkopf aus, die so angeordnet sind, dass sie eine proximale und distale Scheibe bilden, die durch einen zentralen Ring verbunden sind. Diese Scheiben haben unterschiedliche Größen, ermöglichen aber auch eine Krümmung des Coccoliths, die teilweise einem Wagenrad ähnelt. EHUX-Coccolithen können aus EHUX-Coccolithophoren isoliert werden, einer einzigartigen Gruppe einzelliger Meeresalgen , die dieHauptproduzentenvon biogenem Calcit im Ozean sind. Coccolithophoren können intrazellulär komplizierte dreidimensionale Mineralstrukturen wie Kalziumkarbonatschuppen (dh Coccolithen) in einem Prozess erzeugen, der kontinuierlich von einem spezialisierten Vesikel angetrieben wird.
Nachdem der Prozess abgeschlossen ist, werden die gebildeten Coccolithen an die Zelloberfläche sezerniert, wo sie das Exoskelett (dh Coccosphere ) bilden. Durch die große Vielfalt der Coccolith-Architektur ergeben sich weitere Möglichkeiten für spezifische Anwendungen in der Nanotechnologie oder Biomedizin. Insbesondere unbelebte Coccolithen aus lebenden EHUX-Coccolithophoren lassen sich im Labor mit geringen Kulturkosten und schneller Reproduktionsrate leicht isolieren und haben eine relativ moderate Oberfläche (∼20 m2 g−1) mit einer mesoporösen Struktur (Porengröße im Bereich von 4 nm).
Wenn die Energiegewinnung auf beiden Seiten des EHUX-Kokkolithen erfolgt, kann vermutlich eine Nettokraft erzeugt werden, was eine gerichtete Bewegung bedeutet. Coccolithen haben ein immenses Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen, aber um eine Energiegewinnung zu ermöglichen, müssen ihre Oberflächeneigenschaften fein abgestimmt werden. Inspiriert von der Zusammensetzung von Haftproteinen in Muscheln ist die Dopamin-Selbstpolymerisation zu Polydopamin derzeit die vielseitigste Funktionalisierungsstrategie für praktisch alle Arten von Materialien. Aufgrund seiner Oberflächenchemie und seines breiten Spektrums an Lichtabsorptionseigenschaften ist Polydopamin eine ideale Wahl für die unterstützte Energy Harvesting-Funktion auf inerten Substraten. In dieser Arbeit wollen wir die Vorteile der Polydopaminbeschichtung nutzen, um den ansonsten inerten und unbelebten Coccolithen fortschrittliche Energy Harvesting-Funktionen bereitzustellen. Es wurde bereits gezeigt, dass Polydopamin (PDA) aufgrund von thermischen Diffusionseffekten zwischen dem Objekt und der umgebenden wässrigen Lösung von bis zu 2°C unter Nahinfrarot(NIR)-Lichtanregung eine Bewegung von Polystyrolkügelchen induziert. Es wurde jedoch kein kollektives Verhalten berichtet Hier beweisen wir zum ersten Mal, dass Polydopamin als aktiver Bestandteil fungieren kann, um unter sichtbarem Licht (300–600 nm) das kollektive Verhalten einer strukturell komplexen, natürlichen und schwer zu kontrollierenden Architektur wie Als Ergebnis würde die organisch-anorganische Hybridkombination (Coccolith-Polydopamin) das Design von Robocolithen ermöglichen.
Die Dopamin-Polymerisation läuft in einer Lösung ab, wo sie kleine kolloidale Aggregate bildet, die an der Oberfläche der Coccolithen adsorbieren und einen konfluenten Film bilden. Diese Folie zeichnet sich durch eine hohe Rauheit aus, die sich in einer hohen spezifischen Oberfläche und einer verbesserten Energiegewinnung niederschlägt. Aufgrund der konjugierten Natur des Polymerrückgrats kann Polydopamin Licht über ein breites elektromagnetisches Spektrum, einschließlich des sichtbaren Bereichs, absorbieren.
Als Ergebnis wird die Oberfläche von Coccolithen mit einem photothermischen Effekt ausgestattet, der sich lokal erwärmt und durch die Anwesenheit von PDA eine Konvektion erzeugt. Diese lokale Konvektion ist mit einer anderen nahegelegenen lokalen Konvektion gekoppelt, die eine Kopplung zwischen einzelnen Robocolithen ermöglicht und deren kollektive Bewegung ermöglicht (Abbildung 1).
Wenn das Licht auf die anisometrischen Robocoliths trifft, erwärmen sie sich daher aufgrund der photothermischen Umwandlung, die durch das Vorhandensein von PDA auf ihrer Oberfläche induziert wird, lokal. Die intensive lokale Erwärmung erzeugt auf beiden Seiten des Robocolithen eine unterschiedliche Konvektion, was zu seiner beobachteten Bewegung führt. Eine solche Konvektion kann sich mit der Konvektion eines benachbarten Robocolithen koppeln, was zu einer „Schwarm“-Bewegung führt. Darüber hinaus ist die Oberfläche von Robocoliths so konstruiert, dass sie Antifouling-Polymerbürsten aufnimmt und möglicherweise deren Aggregation verhindert. Obwohl ein primärer lichtaktivierter konvektiver Ansatz als erster Schritt zum Verständnis der Bewegung von Robocolithen verfolgt wird, werden derzeit eine Vielzahl mechanistischer Ansätze entwickelt, um den Weg für die nächste Generation multifunktionaler Robocoliths als schwärmende Bio-Mikromaschinen zu ebnen.