Швейцарские ученые разработали метод создания мягких микроботов с программируемыми подвижностью и формой. Технологию рассчитывают применять для проведения минимально инвазивных хирургических операций. Отчет о работе опубликован в журнале Nature Communications.
Идею конструкции своих микроботов сотрудники Федеральной политехнической школы в Лозанне и Швейцарской высшей технической школы Цюриха почерпнули у подвижных живых клеток (например, возбудителя сонной болезни Trypanosoma brucei), которые могут менять морфологию и тип движения в зависимости от условий среды.
Для создания устройств ученые использовали многослойную гидрогелевую конструкцию из биосовместимых полимеров. Поддерживающий слой изготовлен микролитографией из полиэтиленгликольдиакрилата (PEGDA) с магнитными наночастицами. Перед фотополимеризацией наночастицы ориентировали в определенном направлении постоянным магнитным полем. После этого накладывали слой N-изопропилакриламида (NIPAAm), меняющего свой объем под действием температуры. Наночастицы в нем выстраивали в плоскости, перпендикулярной поддерживающей пластинке. В финале к микроботам присоединяли однослойный полимерный жгутик с косой ориентацией магнитных наночастиц.
Такая анизотропная магнитная архитектура позволила авторам работы складывать устройства по принципу оригами, обеспечивать различные их движения и управлять формой с помощью магнитных полей и нагревания лазерным излучением ближнего инфракрасного диапазона (длина волны 808 нанометров).
Одной из важных особенностей подхода исследователи называют его универсальность. «Наш новый метод производства позволяет протестировать ряд форм и их сочетаний, необходимых для наилучшей подвижности микробота при выполнении конкретной задачи. Также мы смогли улучшить понимание того, как микроорганизмы движутся в организме человека, адаптируясь к изменениям микросреды», — сказал один из авторов работы Селман Сакар (Selman Sakar).
В настоящее время микроботы находятся в стадии дальнейшей разработки. По словам Сакара, необходимо учесть еще множество факторов, в первую очередь безопасность их применения у пациентов. В перспективе ученые рассчитывают приспособить технологию для проведения малоивазивных вмешательств, таких как удаление преград кровотоку в сосудах.
Олег Лищук