Micro medical robots inspired by bacteria / Micro robot medici ispirati da batteri
Scientists at the École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) and Swiss Federal Institute of Technology in Zurich (ETHZ) have developed a range of micro-robots with various medical applications.
The study, published in the journal Nature Communications, explains how the microbots are made using a combination of biocompatible hydrogel and magnetic nanoparticles. An electromagnetic field orientates the nanoparticles, then a polymerisation process is used to solidify the hydrogel. The embedded nanoparticles mean the microbots can be controlled from outside the body using magnetic fields, with different types of locomotion dictated by the robots’ different shapes.
The researchers were inspired by the bacterium that causes African trypanosomiasis, commonly known as sleeping sickness. It uses a slender thread-like structure called a flagellum to propel itself around the body, but then hides it once in the bloodstream as part of its survival mechanism. A range of different designs were tested in order to imitate this behaviour.
“Our new production method lets us test an array of shapes and combinations to obtain the best motion capability for a given task,” said EPFL scientist Selman Sakar. “Our research also provides valuable insight into how bacteria move inside the human body and adapt to changes in their microenvironment.”
As well as magnetism, the robots can also be manipulated using heat, with their structures unfolding when the surrounding temperature is increased. This means the microrobots could potentially be used for drug delivery to a specific area of the body, or to perform specialised functions such as clearing blocked arteries. According to the researchers, however, there are several stages of development required before the technology will be ready for human trials.
“There are still many factors we have to take into account,” said Sakar. “For instance, we have to make sure that the microrobots won’t cause any side-effects in patients.”
ITALIANO
Gli scienziati del Politecnico federale di Losanna (EPFL) e l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Zurigo (ETHZ) hanno messo a punto una serie di micro-robot con diverse applicazioni mediche.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, spiega come i microrobot sono realizzati utilizzando una combinazione di idrogel biocompatibile e nanoparticelle magnetiche. Un campo elettromagnetico orienta le nanoparticelle, poi un processo di polimerizzazione viene utilizzato per solidificare l'idrogel. Le nanoparticelle incorporati significano i microbots possono essere controllati dall'esterno del corpo utilizzando campi magnetici, con diversi tipi di locomozione dettate dalle diverse forme dei robot.
I ricercatori si sono ispirati il batterio che causa la tripanosomiasi africana, comunemente nota come malattia del sonno. Esso utilizza una esile struttura filiforme chiamato un flagello il propulsore di tutto il corpo, ma poi nasconde una volta nel sangue come parte del suo meccanismo di sopravvivenza. Una gamma di diversi modelli sono stati testati per imitare questo comportamento.
"Il nostro nuovo metodo di produzione ci permette di testare una vasta gamma di forme e combinazioni per ottenere la migliore capacità di movimento per un determinato compito," ha detto lo scienziato EPFL Selman Sakar. "La nostra ricerca fornisce anche informazioni preziose sul modo in cui i batteri si muovono all'interno del corpo umano e di adattarsi ai cambiamenti nel loro microambiente."
Così come il magnetismo, i robot possono essere modificati con calore, con le loro strutture dispiegarsi quando aumenta la temperatura circostante. Questo significa che i microrobot potrebbero essere utilizzati per la somministrazione di farmaci ad una specifica area del corpo, o per eseguire funzioni specializzate come compensazione arterie bloccate. Secondo i ricercatori, tuttavia, ci sono diversi stadi di sviluppo richiesti prima che la tecnologia sarà pronto per la sperimentazione umana.
"Ci sono ancora molti fattori che dobbiamo tenere in considerazione", ha detto Sakar. "Per esempio, dobbiamo fare in modo che i microrobot non causare effetti collaterali nei pazienti."
Da:
http://www.theengineer.co.uk/micro-medical-robots-inspired-by-bacteria/?cmpid=tenews_2481938
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