Он примерно с полмиллиметра, обладает звездчатой гидрогелевой оболочкой и открывается при облучении лазерным светом в ближнем инфракрасном диапазоне.
Новые микророботы, разработанные в лаборатории профессора Брэда Нельсона в ETH смогут потенциально точно доставлять лекарства в организм.
В закрытом состоянии роботы напоминают стручки растений. Когда открываются, напоминают звезду. Благодаря своей форме новые микророботы могут использоваться в медицине.
Стефано Фуско, докторант Института робототехники и интеллектуальных систем (ИРИС) подсмотрел идею у природы, пока разрабатывал механизм, открывающий и закрывающий робота. Механизм напоминает тот, благодаря которому мухоловка Венеры ловит свою добычу.
Небольшие роботы мягкие: они сделаны из двух слоев гидрогеля, класса материала, состоящего на 90 % из воды и на 10 % из полимеров. Лучи звезды загибаются внутрь, формируя капсулу, которая содержит крошечные магнитные шарики, покрытые дружелюбным к клеткам анальгината.
Гидрогелевые слои пропитаны лекарственными средствами и могут служить в качестве платформы для доставки лекарств. В то же время они защищают магнитные шарики, которые несут капсулу в пункт назначения.
Гидрогелевый робот испытывался только в лабораторных условиях. Электромагнитная система манипуляции позволила исследователям точно доставить капсулу в нужное место.
По прибытию она облучается лазерным светом в ближнем инфракрасном диапазоне с длиной волны в 785 нанометров, что заставляет гидрогель изменять форму.
Капсула открывается за секунды и высвобождает крошечные шарики. Используя этот метод, ученые могут доставить лекарственное средство в точное место внутри тела и высвободить лекарственное средство там, где это необходимо.
Изменение формы микроробота обратимо, а чувствительность к ближнему инфракрасному излучению стала доступна благодаря использованию оксида графена, который Фуско смешал с гидрогелем.
«С самого начала наша цель была в разработке особого средства, поэтому мы выбрали мягкие материалы для робота», - рассказал Фуско.
Докторанту не пришлось переживать по поводу системы навигации - другие исследователи ИРИС работали над ней около десяти лет.
Их система может направлять и двигать крошечные магнитные объекты, у которых нет собственного механизма передвижения или блока питания. Хитроумная система стала известна в связи с микророботом, используемым для минимально инвазивной хирургии глаза.
Несмотря на все это, у гидрогелевых роботов есть свои ограничения. Фуско выяснил, что ближнее инфракрасное излучение, которое он использует, может погружаться только на 15 миллиметров - 15 сантиметров в тело, в зависимости от ткани.
Для работы с внутренними органами этого недостаточно. Поэтому исследователям пришлось разработать другой механизм, который позволяет открыть капсулу в ткани без помощи лазера. Ученым ETH удалось заставить робота изменить форму под воздействием магнитного импульса, тем самым увеличив рабочую глубину погружения робота.
«Большой плюс гидрогеля в том, что его можно снабдить дополнительными химическими добавками, а значит капсула будет отвечать на разные стимулы».
Тем не менее, гидрогелевая капсула испытывалась только в биологических жидкостях и воде, но не в ткани животных или людей. Исследователи будут думать над применением ее в живых организмах только когда смогут сделать капсулу еще меньше.
Текущий размер в полмиллиметра не дает микророботу проникать в капилляры, например. Фуско полагает, что нужно уменьшить его еще в десять раз.
Другая цель - сделать капсулу и ее составляющие биоразлагаемыми. Оболочка и шарики должны уметь рассасываться, чтобы их не приходилось удалять из тела после использования. Фуско считает, что понадобится еще три-пять лет исследований, чтобы достичь цели.
Второе поколение микророботов будет проходить испытание на животных.
