Ciecze jonowe to szczególny rodzaj substancji ciekłych składających się wyłącznie z jonów, które znajdują szereg zastosowań w inżynierii materiałowej. Badacze z National Institute of Advanced Industrial Science and Technology w Japonii stworzyli ciecz jonową składającą się z monomerów [vbim][PF6] (ang. 1-vinyl-3-butylimidazolium hexafluorophosphate), poddanej polimeryzacji i żelowaniu w obecności [bmim][PF6] (ang. 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate) i TEGDMA (ang. triethylene glycol dimethacrylate). Otrzymane w ten sposób ciecze jonowe o strukturze żelu (ang. ionic liquid gel, ILGs) mają szereg pożądanych właściwości fizyko-chemicznych, takich jak: duża termostabilność, niezmienna morfologia, brak lotności, odporność na kompresję, wysoka hydrofilowość oraz duża kleistość, która jest stosunkowo krótkotrwała i powtarzalna. Dodatkowo, w testach na embrionalnej linii komórkowej mysich fibroblastów, ILGs wykazały niską cytotoksyczność na poziomie 10-20%. Właściwości te sprawiają, że ILGs są idealnym materiałem mogącym posłużyć do sztucznego zapylania roślin.
Celem badaczy było przetestowanie otrzymanych ILGs w połączeniu z żywymi owadami oraz ich zastosowanie w rzeczywistym procesie zapylania roślin. Jako żywych organizmów użyto muchy Musca domestica i mrówki Formica japonica. Owady funkcjonalizowano poprzez nałożenie kropli i przyżyciowe przytwierdzenie ILGs do pancerza za pomocą światła UV. Za sprawą dodatku związków fotochromowych, ILGs w sposób odwracalny zmieniały barwę pod wpływem działania określonej długości światła. Dzięki temu, oprócz właściwości sprzyjających przenoszeniu pyłku, modyfikowane ILGs zapewniały owadom odpowiedni kamuflaż, co przetestowano na muchach. Modyfikowanych w ten sposób mrówek użyto do przeprowadzenia modelowego doświadczenia przenoszenia pyłku tulipana ogrodowego (Tulipa gesneriana). Wykazano, że mrówki funcjonalizowane ILGs dużo efektywniej zbierały pyłek w porównaniu do mrówek dzikich, nie wykazując przy tym zaburzeń zdolności ruchu.
Oprócz funkcjonalizacji owadów, badacze testowali ILGs jako element włókien imitujących naturalne włoski owadów, bezpośrednio służące zbieraniu pyłku. Pokrycie ILGs wydajnie zwiększyło zdolność adsorpcji pyłku na końskim włosiu i włóknach nylonowych. Modyfikowane włosie zwierzęce wykorzystano następnie w kolejnym etapie badań – konstrukcji małego bezzałogowego statku powietrznego (drona) o wymiarach 42/42/22 mm i masie 14,8 g z przytwierdzoną warstwą włosia pokrytego ILGs. Minirobot, sterowany bezprzewodowo za pomocą fal radiowych, posłużył do zapylenia lilii (Lilium japonicum), tj. do przeniesienia pyłku z pręcików na słupki innego kwiatu. Wydajność zapylenia monitorowano poprzez obserwację mikroskopową znakowanych fluorescencyjnie ziaren pyłku, a następnie obserwując wzrost łagiewki. W wyniku 100 manualnych operacji osiągnięto 53% wydajność zbierania pyłku i 37% wydajność zapylenia. Badacze mają nadzieję, że proces ten udoskonali dalsze zastosowanie nawigacji GPS i sztucznej inteligencji.
Choć na dzień dzisiejszy ciężko wyobrazić sobie rój dronów-zapylaczy, opublikowana praca ukazuje ogromny potencjał ILGs i możliwości ich zastosowania w rolnictwie, biomimetyce i robotyce. Ich zaletą jest możliwość dowolnej modyfikacji zapewniającej pożądaną polarność, gęstość czy biodegradowalność.
KOMENTARZE