Вчені створили мікророботів для подорожей людським організмом
Вони приблизно з півміліметра мають зірчасту гідрогелеву оболонку і відкриваються при опроміненні лазерним світлом у ближньому інфрачервоному діапазоні. Нові мікророботи, розроблені в лабораторії професора Бреда Нельсона в ETH, можуть потенційно точно доставляти ліки в організм.
У закритому стані роботи нагадують стручки рослин. Коли відчиняються, нагадують зірку. Завдяки своїй формі нові мікророботи можуть використовуватись у медицині. Стефано Фуско, докторант Інституту робототехніки та інтелектуальних систем (ІРІС) підглянув ідею у природи, поки не розробляв механізм, що відкриває та закриває роботу. Механізм нагадує той, завдяки якому мухолівка Венери ловить свою здобич.
Невеликі роботи не жорсткі, але м'які: вони виготовлені з двох шарів гідрогелю, класу матеріалу, що складається на 90% води і на 10% полімерів. Промені зірки загинаються всередину, формуючи капсулу, що містить крихітні магнітні кульки, вкриті доброзичливим клітин анальгінату. Гідрогелеві шари просочені лікарськими засобами і можуть служити платформою для доставки ліків. У той же час вони захищають магнітні кульки, які несуть капсулу до пункту призначення.
Точна доставка ліків
Гідрогелевий робот випробовувався лише у лабораторних умовах. Електромагнітна система маніпуляції дозволила дослідникам точно доставити капсулу у потрібне місце. Після прибуття вона опромінюється лазерним світлом у ближньому інфрачервоному діапазоні (з довжиною хвилі 785 нм), що змушує гідрогель змінювати форму. Капсула відкривається за секунди та вивільняє крихітні кульки. Використовуючи цей метод, вчені можуть доставити лікарський засіб у місце всередині тіла і звільнити лікарський засіб там, де це необхідно. Зміна форми мікроробота оборотний, а чутливість до ближнього інфрачервоного випромінювання стала доступною завдяки використанню оксиду графену, який Фуско змішав з гідрогелем.
«Із самого початку наша мета була у розробці особливого засобу, тому ми вибрали м'які матеріали для роботи, – розповів Фуско.
Докторантові не довелося перейматися системою навігації — інші дослідники ІРІС працювали над нею близько десяти років. Їхня система може спрямовувати і рухати крихітні магнітні об'єкти, які не мають власного механізму пересування або блоку живлення. Хитромудра система стала відома у зв'язку з мікророботом, що використовується для мінімально інвазивної хірургії ока.
Поліпшення робочої глибини
Незважаючи на все це, у гідрогелевих роботів є свої обмеження. Фуско з'ясував, що ближнє інфрачервоне випромінювання, яке він використовує, може занурюватись лише на 15 мм – 15 см у тіло, залежно від тканини. Для роботи із внутрішніми органами цього недостатньо. Тому дослідникам довелося розробити другий механізм, що дозволяє відкрити капсулу тканини без допомоги лазера. Вченим ETH вдалося змусити роботу змінити форму під впливом магнітного імпульсу, тим самим збільшивши робочу глибину занурення робота.
“Великий плюс гідрогелю в тому, що його можна забезпечити додатковими хімічними добавками, а значить капсула відповідатиме на різні стимули”.
Проте гідрогелева капсула випробовувалась тільки в біологічних рідинах та воді, але не в тканинах тварин або людей. Дослідники думатимуть про застосування її в живих організмах тільки тоді, коли зможуть зробити капсулу ще менше. Поточний розмір півміліметра не дає мікророботі проникати в капіляри, наприклад. Фуско вважає, що треба знизити його ще вдесятеро. Друга мета – зробити капсулу та її складові біорозкладаються. Оболонки та кульки повинні вміти розсмоктуватись, щоб їх не доводилося видаляти з тіла після використання. Фуско вважає, що знадобиться ще три-п'ять років досліджень, щоб досягти мети. Друге покоління мікророботів проходитиме випробування на тваринах.
Джерело: hi-news.ru
