Mikroroboty medyczne z glonów pokrytych magnetycznymi nanocząstkami

W Instytucie Inteligentnych Systemów im. Maxa Plancka naukowcy stworzyli miniaturowe roboty – pokryli jednokomórkowe glony materiałem magnetycznym. Następnie sprawdzili, czy są one w stanie poruszać się w wąskich przestrzeniach i w płynach o takiej lepkości, jak płyny w ludzkim organizmie. Wyniki badań opublikowali zaś w piśmie Matter.

Niewielkie, 10-mikrometrowe glony, są świetnymi pływakami. Poruszają się za pomocą dwóch wici z przodu. Naukowcy z Niemiec postanowili sprawdzić, czy miniaturowe rozmiary i umiejętności pływania można będzie wykorzystać. Pokryli więc glony naturalnym polimerem chitosanem wymieszanym z magnetycznymi nanocząstkami. Nie wiedzieli jednak, czy po takich zabiegach glony nadal będą zdolne do pływania.

Okazało się, że dodatkowe obciążenie w niewielkim stopniu wpłynęło na ruchy glonów. Nadal potrafiły się poruszać z imponująca prędkością 115 mikrometrów na sekundę. Zatem w ciągu jednej sekundy przebywały długość równą niemal 12 długościom swojego ciała. Człowiek nie może się z nimi równać. Najlepsi pływacy wśród H. sapiens w ciągu sekundy przebywają odległość nieco większą niż 1 długość ich ciała.

Po co jednak komu glony pokryte magnetycznymi nanocząstkami? Autorzy badań chcą wykorzystać je do dostarczania leków w wyznaczone miejsce w organizmie. Magnetyczne nanocząstki pozwolą sterować ruchem alg.

Podczas badań nakładanie powłoki na glony trwało kilka minut, a skuteczność metody wynosiła 90%. Następnie algi testowano pod kątem zdolności pływania w wodzie w ciasnym labiryncie. Ruchami glonów kierowano za pomocą magnesów. Gdy testy wypadły pomyślnie, zwiększono lepkość płynu i znowu wpuszczono doń glony. Chcieliśmy sprawdzić, jak nasi pływacy sprawują się w płynie o gęstości śluzu. Odkryliśmy, że lepkość wpływa na ich zdolność poruszania się. Im była większa, tym wolniej się poruszały, zmieniał się też ich sposób ruchu. Po przyłożeniu pola magnetycznego, glony zaczęły drgać, pływając zygzakiem. To pokazuje, jak ważne dla optymalizacji pracy mikrorobotów jest odpowiednie dobranie pola magnetycznego do lepkości środowiska, mówi doktorantka Saadet Baltaci.

Chcemy wykorzystać mikroroboty w złożonych ciasnych środowiskach, takich jak ludzkie tkanki. Nasze badania dają możliwość zastosowania ich do dostarczania leków, zapewniając biokompatybilne rozwiązanie o dużym potencjale rozwojowym w przyszłości, stwierdzają autorzy badań.