Вчені створили мікророботів для подорожей людським організмом

Вони приблизно з півміліметра, володіють зірчастою гідрогелевою оболонкою і відкриваються при облученні лазерним світлом у 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 використовуватись у медицині. Стефано Фуско, докторант Інституту робототехніки та інтелектуальних систем (ІРІС) підглянув ідею у природи, поки розробляв механізм, що відкриває та закриває робота. Механізм нагадує тій, завдяки якій мухолівка Венери ловить свою здобич.

Невеликі роботи не жорсткі, але м’які: вони зроблені 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 дружелюбним до клітин анальгінату. Гідрогелеві кулі просочені лікарськими засобами і можуть служити як платформа 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 опромінується лазерним світлом у ближньому інфрачервоному діапазоні ( з довжиною хвилі 785 нм), що змушує гідрогель змінювати форму. Капсула відкривається за секунди і вивільняє крихітні кульки. Використовуючи цей метод, вчені можуть доставити лікарський засіб у точне місце всередині тіла і вивільнити лікарський засіб там, де це необхідно. Зміна форми мікроробота зворотно, 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 складу, тому ми вибрали м’які матеріали для роботи», – розповів Фуско.

Докторанту не довелося переживати з приводу системи навігації – інші дослідники ІРІС працювали над нею близько десяти років. Їх система може спрямовувати і рухати крихітні магнітні об’єкти, у яких немає власного механізму пересування або блоку живлення. Хитромудра система стала відомою у зв’язку з Мікророботом, 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 лише на 15 мм – 15 см у тіло, залежно від тканини. Для роботи з внутрішніми органами цього недостатньо. Тому дослідникам довелося розробити інший механізм, який дозволяє відкрити капсулу в тканині 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 отже капсула відповідатиме на різні стимули».

Проте гідрогелева капсула випробовувалася лише в біологічних рідинах і воді, але не в тканинах тварин чи людей. Дослідники будуть думати над застосуванням її в живих організмах тільки тоді, коли зможуть зробити капсулу ще менше. Поточний розмір у півміліметра не дає Мікророботу проникати в капіляри, наприклад. Фуско вважає, що потрібно зменшити його ще вдесятеро. Інша мета – зробити капсулу та її складові біологічно руйнуватися. Оболонка та кульки повинні вміти розсмоктуватися, щоб їх не доводилося удаляти з тіла після використання. Фуско вважає, що знадобиться ще три-п’ять років досліджень, щоб досягти мети. Інше покоління мікророботів проходитиме випробування на тваринах.