Магнитные частицы помогли создать управляемый эндоскоп для инспекции сосудов

Американские инженеры разработали управляемый магнитным полем эндоскоп для исследования и проведения операций в кровеносных сосудах. Он состоит из внутреннего стержня, слоя материала с магнитными частицами, позволяющего изгибать эндоскоп в любую сторону, и внешнего слоя из гидрогеля, облегчающего скольжение вдоль стенки сосуда. Инженеры создали прототип, в котором внутренний слой состоит из оптоволокна, через которое они освещали внутреннюю поверхность модели сосуда с помощью лазера. Статья опубликована в Science Robotics.

В медицине существуют процедуры, при которых врачам приходится проводить манипуляции внутри сосудов с помощью эндоскопов и катетеров. К примеру, существует методика устранения последствий инсульта, при которой больному через артерию вводится микрокатетер, который приходится вручную продвигать к месту образования тромба, изгибая и поворачивая катетер, и наблюдая за его продвижением с помощью флюороскопии.

Инженеры под руководством Сюаньхэ Чжао (Xuanhe Zhao) из Массачусетского технологического института научились создавать простые управляемые эндоскопы и катетеры для подобных процедур. Такие эндоскопы состоят из двух или трех слоев: магнитного слоя и гидрогелевой оболочки, а также, при необходимости, «ядра» из другого материала, к примеру, оптоволокна для пропускания света или нитинола для придания эндоскопу жесткости.

В качестве материала основы инженеры разработали две пасты на основе полидиметилсилоксана (PDMS) или термопластичного полиуретана. В оба материала были добавлены пятимикрометровые ферромагнитные частицы из сплава, состоящего из неодима, железа и бора. Нити из этого материала создавали простым выдавливанием пасы через узкое отверстие. После этого нить отверждали с помощью нагревания.

Процесс создания нитей с «ядром» из нитинола или оптоволокна отличается только тем, что перед выдавливанием пасты в форму в ее центр помещали «ядро». После создания основы ее покрывали гидрогелем из раствора с помощью фотополимеризации. Для управления эндоскопом инженеры придавали его концу намагниченность, ориентированную вдоль.

Инженеры создали прототипы из различных материалов, а также протестировали их во время экспериментов. Например, они создали тестовую «трассу», состоящую из множества колец, через которые было необходимо продеть в определенном порядке эндоскоп. Кроме того, они создали модель системы кровеносных сосудов и показали, как эндоскоп, управляемый магнитом, расположенным на расстоянии нескольких сантиметров, способен продвигаться по сосудам в нужную точку.

На этой модели они сравнили работу своей разработки с коммерческим эндоскопом и показали, что их устройство продвигается лучше благодаря наличию гидрогелевой оболочки. Также авторы создали эндоскоп с оптоволокном и показали, что он способен освещать стенки сосуда лазерным лучом.

В прошлом году группа Сюаньхэ Чжао продемонстрировала 3D-принтер для печати сложных роботов, управляемых магнитным полем. В основе устройства лежит катушка, придающая материалу печати определенную намагниченность, благодаря чему она может быть разной в разных областях предмета.

Григорий Копиев