Mikroskopische „schwimmende Roboter“, die durch Ultraschall gesteuert werden, um Medikamente an bestimmte Stellen des Körpers zu bringen

• Forscher haben Miniaturroboter entwickelt, die eines Tages dabei helfen könnten, Medikamente an bestimmte Stellen des Körpers zu bringen
• Das Design ist von Bakterien und Samenzellen inspiriert und nutzt einige Eigenschaften, wie das Schwimmen über große Entfernungen und das Schwimmen gegen den Strom.
• Er hat Hohlräume auf seinem Rücken, in denen sich Luftblasen befinden, wenn er in eine Lösung getaucht wird.
• Wenn ein Ultraschallwandler auf den Roboter gerichtet wird, erzeugt die Luftblase eine Strömung und bewegt ihn vorwärts.
• Der Roboter „sieht aus wie ein Insekt, gekreuzt mit einem Raketenschiff“, so die Experten

Forscher haben Miniaturroboter entwickelt, die von Zellen inspiriert sind und durch Ultraschall gesteuert werden. Sie könnten eines Tages im menschlichen Körper navigieren und dabei helfen, Medikamente an bestimmte Stellen zu bringen.

Diese „Raketenschiffe“, wie sie von Wissenschaftlern der Cornell University beschrieben werden, haben ein Design, das sowohl von Bakterien als auch von Spermazellen inspiriert ist.

Die Roboter, die durch den menschlichen Körper navigieren könnten, werden ferngesteuert und könnten sich einige Eigenschaften von Spermien- und Bakterienzellen zunutze machen, darunter die Tatsache, dass Bakterien das Zehnfache ihrer Körperlänge schwimmen können und Spermien gegen den Strom schwimmen können.

Wir können Flugzeuge bauen, die besser sind als die heutigen Vögel, sagte der Mitautor der Studie, Mingming Wu, Professor für Bio- und Umwelttechnik in Cornell, in einer Erklärung.

Aber auf kleinster Ebene gibt es viele Situationen, in denen die Natur viel besser ist als wir. Bakterien zum Beispiel hatten Milliarden von Jahren der Evolution Zeit, ihre Arbeitsweise zu perfektionieren.

Wu fuhr fort: „Das brachte uns auf die Idee, dass wir etwas Ähnliches entwickeln könnten. Wenn man Medikamente gezielt an einen bestimmten Bereich, z. B. Krebszellen, schicken kann, hat man nicht so viele Nebenwirkungen.

Um die Roboter zu entwickeln, entwarfen die Experten sie zunächst und druckten sie in 3D, aber sie mussten in der Lage sein, sie mit Strom zu versorgen, da sie keine Batterien haben dürfen.

Wenn ein Ultraschallwandler auf den Roboter gerichtet wird, erzeugt die Luftblase eine Strömung und bewegt ihn vorwärts

Hier kommen die Ultraschallwellen ins Spiel, eine Technik, die von der Food and Drug Administration als sicher eingestuft wurde.

Bakterien und Spermien verbrauchen im Grunde organisches Material in der sie umgebenden Flüssigkeit, und das reicht aus, um sie anzutreiben“, fügte Wu hinzu.

Aber für technische Roboter ist das schwierig, denn wenn sie eine Batterie tragen, ist sie zu schwer, um sich zu bewegen.

Nach einer sechsmonatigen Brainstorming-Phase haben die Forscher einen dreieckigen Schwimmroboter entwickelt, der „wie eine Kreuzung aus Insekt und Raketenschiff“ aussieht.

Er hat Hohlräume auf seinem Rücken, und wenn er in eine Lösung oder Flüssigkeit getaucht wird, wird in jedem Hohlraum eine winzige Luftblase eingeschlossen.

Wenn ein Ultraschallwandler auf den Roboter gerichtet wird, erzeugt die Luftblase eine Strömung (oder Wirbel) und bewegt den Roboter vorwärts.

Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, die Roboter biokompatibel zu machen, damit sie Blutzellen navigieren können.

Die zellgroßen Roboter müssen auch biologisch abbaubar sein, da eine große Anzahl von ihnen in den Körper eines Menschen gelangen muss, damit sie ihre Aufgabe erfüllen können.

Für die Verabreichung von Medikamenten könnte man eine Gruppe von mikro-robotischen Schwimmern einsetzen, und wenn einer während der Reise ausfällt, ist das kein Problem“, erklärte Wu. Das ist die Art und Weise, wie die Natur überlebt.

In gewisser Weise ist es ein robusteres System. Kleiner ist nicht gleichbedeutend mit schwächer. Eine Gruppe von ihnen ist unbesiegbar. Ich habe das Gefühl, dass diese von der Natur inspirierten Werkzeuge in der Regel nachhaltiger sind, weil die Natur bewiesen hat, dass sie funktionieren.

Die Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift Lab on a Chip der Royal Society of Chemistry veröffentlicht.

Das Projekt hat einen ähnlichen Umfang wie ein Projekt, an dem Forscher von Weinberg Medical Physics in Maryland arbeiten.

Diese Experten haben weiche Roboter, sogenannte MANiACs (magnetisch ausgerichtete Nanostäbchen in Alginatkapseln), entwickelt, die ebenfalls Medikamente an schwer zugängliche Stellen des Körpers bringen könnten, sei es durch orale oder intravenöse Verabreichung.