Znanstvenici iz EPFL-a i ETHZ-a 2016. godine objavom svog znanstvenog rada pokazali su da su razvili metodu za izgradnju mikrorobota veličine bakterije koji bi se mogli koristiti u tijelu za isporuku lijekova i obavljanje drugih medicinskih operacija.
Posljednjih deset godina znanstvenici širom svijeta proučavali su načine korištenja minijaturnih robota za bolje liječenje raznih bolesti. Roboti su dizajnirani za ulazak u ljudsko tijelo, gdje mogu dostavljati lijekove na određenim mjestima ili izvoditi precizne operacije poput čišćenja začepljenih arterija. Zamjenom invazivne, često komplicirane operacije, znanstvenici tvrde da bi mikroroboti mogli optimizirati medicinu.
Znanstvenik EPFL-a (École polytechnique fédérale de Lausanne) Selman Sakar udružio se s Hen-Wei Huangom i Bradleyem Nelsonom s ETHZ-u kako bi razvili jednostavnu i svestranu metodu za izradu takvih prirodom-nadahnutih robota i njihove opreme s naprednim značajkama. Također su stvorili platformu za testiranje nekoliko različitih dizajna robota i proučavanje različitih načina njihovog kretanja. Njihov znanstveni rad, objavljen u časopisu Nature Communications, prikazao je proizvedene složene mikrokontrolere koji se mogu konfigurirati i proizvesti s velikom propusnošću. Izgradili su integriranu manipulacijsku platformu koja može daljinski upravljati pokretljivošću robota pomoću elektromagnetskih polja i uzrokovati promjenu oblika pomoću topline.
Robot koji izgleda i kreće se poput bakterije
Za razliku od konvencionalnih robota, ti su mikroroboti mekani, fleksibilni i bez motora. Izrađeni su od biokompatibilnog hidrogela i magnetskih nanočestica. Te nanočestice imaju dvije funkcije. Mikroproizvodima daju oblik tijekom proizvodnog procesa i tjeraju ih da se kreću i plivaju kada se primijeni elektromagnetsko polje.
Izgradnja jednog od ovih mikrorobota uključuje nekoliko koraka. Prvo se nanočestice stavljaju u slojeve biokompatibilnog hidrogela. Zatim se primjenjuje elektromagnetsko polje za orijentaciju nanočestica na različitim dijelovima robota, nakon čega slijedi korak polimerizacije za “očvršćavanje” hidrogela. Nakon toga, robot se stavlja u vodu gdje se savija na određene načine, ovisno o orijentaciji nanočestica unutar gela, kako bi se stvorila konačna ukupna 3D arhitektura mikrorobota.
Jednom kad se postigne konačni oblik, elektromagnetsko polje koristi se da robot pliva. Tada, kada se zagrije, robot promijeni oblik i “rasklopi se”. Ovaj pristup izradi omogućio je istraživačima da izrade mikrorobote koji oponašaju bakteriju koja uzrokuje afričku tripanosomijazu, inače još poznatu kao bolest spavanja. Ova bakterija koristi bič za pogon, ali ga skriva jednom kada dospije u krvotok osobe, što čini kao oblik mehanizma preživljavanja.
Istraživači su testirali različite dizajne mikrorobota kako bi smislili jedan koji oponaša ovo ponašanje. Prototip robota predstavljenog u ovom radu ima bič poput bakterije koji mu omogućuje plivanje. Kada se zagrije laserom, dugi bičasti dodatak se omota oko tijela robota i “sakrije se”.
Bolje razumijevanje ponašanja bakterija
“Pokazujemo da i tijelo bakterije, odnosno njen bič igraju važnu ulogu u njezinom kretanju”, rekao je Sakar. “Naša nova proizvodna metoda omogućuje nam testiranje niza oblika i kombinacija kako bismo dobili najbolju sposobnost kretanja za zadani zadatak. Naše istraživanje također pruža dragocjen uvid u to kako se bakterije kreću unutar ljudskog tijela i prilagođavaju se promjenama u svom mikrookruženju.“
U vrijeme objave ovoga rada 2016. godine mikroroboti su još uvijek bili u razvoju, a znanstvenici nisu uzeli u obzir nuspojave po živa bića koje ovi mikroroboti mogu imati. “Još uvijek imamo mnogo čimbenika koje moramo uzeti u obzir“, kaže Sakar. “Na primjer, moramo biti sigurni da mikroroboti neće uzrokovati nuspojave kod pacijenata.“
Izvor: Hen-Wei Huang, Mahmut Selman Sakar, Andrew J. Petruska, Salvador Pané, Bradley J. Nelson. Soft micromachines with programmable motility and morphology. Nature Communications, 2016; 7: 12263 DOI: 10.1038/ncomms12263
