Вчені створили мікророботов для подорожей по людському організму

Вони приблизно з полмиллиметра, володіють зірчастою гідрогелевою оболонкою і відкриваються при опроміненні лазерним світлом в ближньому інфрачервоному діапазоні. Нові мікророботи, розроблені в лабораторії професора Бреда Нельсона в ETH зможуть потенційно точно доставляти ліки в організм.

У закритому стані роботи нагадують стручки рослин. Коли відкриваються, нагадують зірку. Завдяки своїй формі нові мікророботи можуть використовуватися в медицині. Стефано Фуско, докторант Інституту робототехніки та інтелектуальних систем ( ІРИС ) підглянув ідею у природи, поки розробляв механізм, що відкриває та закриває робота. Механізм нагадує той, завдяки якому мухоловка Венери ловить свою здобич.

Невеликі роботи не жорсткі, але м'які : вони зроблені з двох шарів гідрогелю, класу матеріалу, що складається на 90 % з води і на 10 % з полімерів. Промені зірки загинаються всередину, формуючи капсулу, яка містить крихітні магнітні кульки, вкриті дружелюбним до клітин анальгіната. Гідрогелеві шари просочені лікарськими засобами і можуть служити в якості платформи для доставки ліків. У той же час вони захищають магнітні кульки, які несуть капсулу в пункт призначення.

Точна доставка ліків

Гідрогелевий робот випробовувався тільки в лабораторних умовах. Електромагнітна система маніпуляції дозволила дослідникам точно доставити капсулу в потрібне місце. По прибуттю вона опромінюється лазерним світлом в ближньому інфрачервоному діапазоні ( з довжиною хвилі в 785 нм), що змушує гідрогель змінювати форму. Капсула відкривається за секунди і вивільняє крихітні кульки. Використовуючи цей метод, учені можуть доставити лікарський засіб у точне місце всередині тіла і вивільнити лікарський засіб там, де це необхідно. Зміна форми микроробота оборотно, а чутливість до ближнього інфрачервоного випромінювання стала доступна завдяки використанню оксиду графену, який Фуско змішав з гідрогелем.

«З самого початку наша мета була в розробці особливого складу, тому ми вибрали м'які матеріали для роботи », - розповів Фуско.

Докторанту не довелося переживати з приводу системи навігації - інші дослідники ИРИС працювали над нею близько десяти років. Їх система може направляти і рухати крихітні магнітні об'єкти, у яких немає власного механізму пересування або блоку живлення. Хитромудра система стала відома у зв'язку з Мікроробот, використовуваним 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 занурюватися тільки на 15 мм - 15 см в тіло, в залежності від тканини. Для роботи з внутрішніми органами цього недостатньо. Тому дослідникам довелося розробити інший механізм, який дозволяє відкрити капсулу в тканини без допомоги лазера. Вченим ETH вдалося змусити робота 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 буде відповідати на різні стимули ».

Проте гідрогелева капсула випробовувалася лише в біологічних рідинах і воді, але не в тканини тварин або людей. Дослідники будуть думати над застосуванням її в живих організмах тільки коли зможуть зробити капсулу ще менше. Поточний розмір в півміліметра не дає Мікроробот проникати в капіляри, наприклад. Фуско вважає, що потрібно зменшити його ще в десять разів. Інша мета - зробити капсулу і її складові біологічно руйнуватися. Оболонка і кульки повинні вміти розсмоктуватися, щоб їх не доводилося видаляти з тіла після використання. Фуско вважає, що знадобиться ще три -п'ять років досліджень, щоб досягти мети. Друге покоління микророботов проходитиме випробування на тварин.