Robot, mierzący zaledwie 4,4 milimetra długości, jest kontrolowany bezprzewodowo za pomocą słabych pól magnetycznych. Mimo swoich miniaturowych wymiarów, ta innowacyjna maszyna potrafi przemieszczać się po miękkich powierzchniach, przecinać tkanki biologiczne, precyzyjnie uwalniać leki, chwytać i przechowywać próbki tkanek, a nawet zdalnie generować ciepło. To właśnie ta wielofunkcyjność wyróżnia go na tle większości miniaturowych robotów magnetycznych, które zazwyczaj są w stanie wykonywać jedno lub dwa zadania.
„Większość tego typu robotów magnetycznych może pełnić jedną lub dwie funkcje. Nasz najnowszy wynalazek potrafi ich pięć, a naszym długoterminowym celem jest, aby lekarze mogli używać tych mini-robotów w ciele, nawigować nimi do docelowej lokalizacji i wykorzystywać je do przeprowadzania zabiegów” – wyjaśnia profesor nadzwyczajny Lum Guo Zhan, który przewodził badaniom.
Jak to działa? Sekret magnetycznej precyzji
Kluczem do niezwykłych możliwości robota jest jego konstrukcja i zaawansowany mechanizm kontroli. Urządzenie zostało wykonane z miękkich materiałów na bazie silikonu, znanych jako PDMS i Ecoflex. W całą strukturę wbudowano mikroskopijne cząstki magnetyczne, które reagują na zewnętrzne pola magnetyczne.
Sercem systemu jest moduł magnetyczny, który może być namagnesowywany, rozmagnesowywany i ponownie namagnesowywany w różnych kierunkach. Każda orientacja magnetyczna aktywuje inną funkcję, umożliwiając robotowi błyskawiczne przełączanie między narzędziami. Co więcej, naukowcy skonstruowali różne obszary robota tak, aby reagowały niezależnie na sygnały magnetyczne. Zapobiega to poruszaniu się całego urządzenia jako jednego magnesu, co jest częstym ograniczeniem w wielu istniejących miniaturowych systemach robotycznych.
Inżynierowie wprowadzili również szósty stopień swobody – toczenie się – który pozwala robotowi obracać się wokół swojej długiej osi. Ten dodatkowy ruch zapewnia większą kontrolę podczas nawigacji w wąskich i nieregularnych przestrzeniach, takich jak te znajdujące się wewnątrz ludzkiego ciała.
Testy laboratoryjne i przyszłe perspektywy
Aby ocenić wydajność i bezpieczeństwo, zespół przetestował robota na tkankach z wątroby kurczaka oraz materiałach na bazie żelatyny, które imitują miękkie tkanki biologiczne. Robot z powodzeniem przecinał tkanki, uwalniał cząstki reprezentujące leki, zbierał i przechowywał próbki tkanek, a także generował zlokalizowane ciepło poprzez indukcję magnetyczną. Ta ostatnia zdolność jest szczególnie obiecująca, gdyż może wspierać podejścia do hipertermii magnetycznej, badane w kontekście leczenia raka.
Naukowcy ocenili również bezpieczeństwo materiałów, wystawiając je na działanie ludzkich komórek skóry. Wyniki były imponujące: ponad 99 procent komórek pozostało żywotnych po ekspozycji, co wskazuje na niską toksyczność w warunkach laboratoryjnych.
Badania, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Advanced Materials, to dopiero początek. Zespół obecnie bada możliwości integracji robota z systemami obrazowania medycznego, czujnikami i sztucznymi modelami organów. Aktywnie współpracują także z chirurgami, aby zrozumieć, jak takie systemy mogłyby zostać włączone do przyszłych procedur klinicznych.
„Aby te roboty zbliżyły się do praktycznego zastosowania, musimy zrozumieć nie tylko to, jak działają w laboratorium, ale także, jak mogłyby być kierowane, monitorowane i kontrolowane w realistycznych warunkach medycznych” – podsumowuje prof. Lum.
