Αόρατα μαγνητικά μικρορομπότ χωρίς ηλεκτρονικά για στοχευμένες θεραπείες από το MIT!

Σύνοψη

• Ερευνητές από το MIT, την EPFL και το Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι ανέπτυξαν μια καινοτόμο μέθοδο κατασκευής μαγνητικά ενεργοποιούμενων μικρο-ρομπότ.
• Χρησιμοποιώντας λιθογραφία δύο φωτονίων, τυπώνουν τρισδιάστατες δομές από υδροτζέλ μικρότερες από ένα χιλιοστό.
• Οι δομές μοιάζουν με μικροσκοπικά “γλειφιτζούρια” και οι άκρες τους περιέχουν μαγνητικά νανοσωματίδια.
• Ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο προκαλεί την άμεση παραμόρφωση της δομής, μετατρέποντας τη σε λειτουργική λαβίδα.
• Η απουσία ηλεκτρονικών εξαρτημάτων μειώνει το κόστος παραγωγής και αυξάνει την ασφάλεια χρήσης μέσα στο ανθρώπινο σώμα.
• Βασικός στόχος είναι η αξιοποίηση αυτών των ρομπότ για στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και ακριβείς μικρο-βιοψίες.

Η ραγδαία εξέλιξη της μικρορομποτικής αναδιαμορφώνει τις δυνατότητες της σύγχρονης ιατρικής και της βιοτεχνολογίας. Ερευνητές από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT), σε συνεργασία με το Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Λωζάνης (EPFL) και το Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι, δημοσίευσαν στο επιστημονικό περιοδικό Matter (εκδόσεις Cell Press) μια νέα προσέγγιση για την κατασκευή ασύρματων μικροσκοπικών ρομπότ. Οι συγκεκριμένες δομές λειτουργούν αποκλειστικά μέσω εξωτερικών μαγνητικών πεδίων, καταργώντας την ανάγκη για εσωτερική τροφοδοσία ή πολύπλοκα ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Το επίτευγμα αφορά τον σχεδιασμό και την κατασκευή υλικών τα οποία ανταποκρίνονται με ακρίβεια σε μεταβολές μαγνητικών δυνάμεων. Η εξέλιξη αυτή λύνει ένα από τα βασικά προβλήματα της νανο-μηχανικής: πώς διατηρείται ο έλεγχος σύνθετων συστημάτων όταν το μέγεθός τους δεν υπερβαίνει το ένα χιλιοστό.

Τα μαγνητικά μικρο-ρομπότ του MIT είναι εύκαμπτες τρισδιάστατες δομές από υδροτζέλ, μικρότερες του ενός χιλιοστού, εξοπλισμένες με μαγνητικά νανοσωματίδια. Με ένα απλό πέρασμα ενός συμβατικού μαγνήτη, μετατρέπονται ακαριαία από παθητικά υλικά σε ενεργές ρομποτικές λαβίδες, προσφέροντας μικρομετρική ακρίβεια χωρίς την ανάγκη ενσωματωμένων μπαταριών ή κυκλωμάτων.

Η τεχνολογία πίσω από την κατασκευή

Για την υλοποίηση αυτών των “magno-bots“, η ομάδα αξιοποίησε μια προηγμένη μέθοδο 3D εκτύπωσης υψηλής ανάλυσης, γνωστή ως λιθογραφία δύο φωτονίων. Η διαδικασία βασίζεται στη στόχευση μίας μικρής δεξαμενής υγρής ρητίνης με ακτίνα λέιζερ. Όταν το λέιζερ χτυπά τα επιθυμητά σημεία, η ρητίνη πολυμερίζεται και στερεοποιείται, επιτρέποντας την κατασκευή πολύπλοκων γεωμετριών με ανάλυση επιπέδου μικρομέτρου.

Οι ερευνητές δημιούργησαν δομές που θυμίζουν μικροσκοπικά “γλειφιτζούρια” με ύψος μικρότερο από ένα χιλιοστό και σφαιρικές απολήξεις μικρότερες από έναν κόκκο άμμου. Το στοιχείο-κλειδί βρίσκεται στον εμποτισμό αυτών των σφαιρικών απολήξεων με μαγνητικά νανοσωματίδια κατά τη διάρκεια του τελικού σταδίου της κατασκευής.

Σύμφωνα με τον Carlos Portela, καθηγητή Μηχανολογίας στο MIT και έναν εκ των επικεφαλής της μελέτης, η συγκεκριμένη μέθοδος προσφέρει τη δυνατότητα να ρυθμιστεί η μαγνητική συμπεριφορά διαφορετικών τμημάτων εντός της ίδιας δομής. Μεταβάλλοντας τον αριθμό των μαγνητικών σωματιδίων που απορροφά κάθε σημείο της κατασκευής, οι μηχανικοί ελέγχουν τον τρόπο με τον οποίο αντιδρά το υλικό στο μαγνητικό πεδίο.

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, οι επιστήμονες πέρασαν έναν κοινό μαγνήτη πάνω από την επιφάνεια όπου βρίσκονταν τα δοκίμια. Η επίδραση του πεδίου ανάγκασε τις δομές να λυγίσουν και να συγκλίνουν, μιμούμενες την κίνηση των ανθρώπινων δακτύλων που κλείνουν για να πιάσουν ένα αντικείμενο. Αυτή η άμεση μετατροπή από στατικά τυπωμένα υλικά σε δυναμικές μηχανικές λαβίδες ανοίγει τον δρόμο για εξαιρετικά στοχευμένες μικρο-επεμβάσεις.

Ιατρικές και ερευνητικές εφαρμογές

Η ικανότητα αυτών των συστημάτων να πλοηγούνται και να εκτελούν πολύπλοκες λειτουργίες σε τόσο μικρή κλίμακα αποτελεί ένα σημαντικό πλεονέκτημα για τον τομέα της ιατρικής. Ένα magno-bot θα μπορούσε να εισαχθεί στην κυκλοφορία του αίματος του ασθενούς. Υπό την καθοδήγηση εξωτερικών ηλεκτρομαγνητών (όπως συστήματα πηνίων Helmholtz), θα μετακινείται με ακρίβεια σε συγκεκριμένο όργανο ή ιστό.

Εκεί, μπορεί να λάβει δείγματα ιστού για μικρο-βιοψία ή να απελευθερώσει δραστικές φαρμακευτικές ουσίες τοπικά, εξαλείφοντας τις συστημικές παρενέργειες που συνοδεύουν τις παραδοσιακές μεθόδους χορήγησης φαρμάκων. Επιπλέον, στο πεδίο της μικρορρευστομηχανικής και στα λεγόμενα lab-on-a-chip συστήματα, αυτές οι μαγνητικές δομές ενδέχεται να λειτουργήσουν ως μικροβαλβίδες. Καθώς ανταποκρίνονται άμεσα στα πεδία, θα ανοιγοκλείνουν μικροσκοπικά κανάλια ροής υγρών, συμβάλλοντας στην αυτοματοποίηση διαγνωστικών διαδικασιών δίχως τη χρήση σύνθετων εξωτερικών αντλιών.

*Μπορείτε πλέον να προσθέσετε το Techgear.gr ως Προτιμώμενη Πηγή ενημέρωσης για τις αναζητήσεις σας στο Google Search!