Микроботов для доставки лекарств научили менять форму в разной среде

На создание гибких биосовместимых микроботов учёных вдохновили бактерии.

Иллюстрация EPFL/ETHZ.

Устройства способны плавать по биологическим жидкостям и изменять свою конфигурацию в условиях той или иной среды.

Фото EPFL/ETHZ.

Крошечные роботы, которые будут осуществлять адресную доставку лекарств к конкретным органам и тканям, – мечта многих биоинженеров и медиков по всему миру. И, кажется, уже недалёк тот день, когда такие устройства будут плавать или ползать по телу пациентов, обеспечивая их нужным таргетированным лечением.

Ещё один шаг к этому светлому будущему сделали учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны и Швейцарской высшей технической школы Цюриха. На создание "умных", гибких и биосовместимых микроботов их вдохновили бактерии.

"Природа создала множество микроорганизмов, которые меняют свою форму по мере изменения условий окружающей среды. Этот принцип вдохновил нас на разработку нашего микробота", – рассказывает в пресс-релизе один из ведущих авторов работы Брэдли Нельсон (Bradley Nelsonl) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

Специалисты поясняют, что человеческий организм состоит из совершенно разных сред, поэтому медицинские устройства должны адаптироваться к тем или иным условиям, и делать это очень быстро. Именно таких микроскопических роботов, способных автоматически подстраиваться под изменившиеся условия окружающей среды, разработали исследователи.

Микроботы европейских учёных состоят из слоёв нанокомпозитного гидрогеля, сложенных по принципу оригами. Гидрогель содержит магнитные наночастицы, позволяющие управлять устройством извне, используя переменное электромагнитное поле.

Но самое главное, что получившиеся устройства способны плавать по биологическим жидкостям и при необходимости изменять свою форму – складываться или сворачиваться, например. Благодаря этому они могут проходить через узкие кровеносные сосуды и с высокой манёвренностью преодолевать препятствия без снижения скорости и ущерба для организма.

В ходе экспериментов команда помещала микроботов в стеклянные трубки различной ширины, имитирующие кровеносные сосуды. Жидкости в этих трубках имели различный состав и текли с разной скоростью.

С помощью таких тестов исследователи подобрали наиболее подходящие конфигурации для определённых сред. К примеру, для перемещения в жидкости с низкой вязкостью робот должен принять форму трубки и оставить позади плоский "хвост", похожий на весло. А для более вязких жидкостей лучше подойдёт форма спирали.

"Наши роботы имеют особый состав и структуру, которые позволяют им адаптироваться к жидкостям с разными характеристиками. Например, если они сталкиваются с изменением вязкости или осмотической концентрации, они изменяют свою форму, чтобы поддерживать скорость и манёвренность, не теряя контроля над заданным курсом движения", – рассказывает один из ведущих авторов работы Сельман Сакар (Selman Sakar) из Федеральной политехнической школы Лозанны.

По его словам, нужные изменения конструкции можно "запрограммировать" заранее. Что же касается управления микроботами, то, как уже упоминалось, его можно осуществлять при помощи электромагнитного поля. С другой стороны, можно позволить им передвигаться самостоятельно, например, с течением биологических жидкостей (если это соответствует медицинской задаче).

И в том, и в другом случае устройство автоматически примет наиболее эффективную форму при изменении среды.

Устройства способны плавать по биологическим жидкостям и изменять свою конфигурацию в условиях той или иной среды.
Устройства способны плавать по биологическим жидкостям и изменять свою конфигурацию в условиях той или иной среды.
Фото EPFL/ETHZ.

В заключение авторы отмечают важный момент: производство миниатюрных гибких роботов относительно простое и не требует больших затрат, а значит, цена на подобные устройства не будет баснословной.

Более подробно о новой разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Кстати, ранее та же команда исследователей создала биороботов на дистанционном управлении, которые будут осуществлять микрохирургические операции в организме человека.

Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о ещё более миниатюрных устройствах – нанороботах, которые способы очистить кровь от бактерий и токсинов и спасти артерии от закупорки.