Mikroskopische Roboter, die auf chemische Signale zuschwimmen, bieten Lösungen für die präzise Medikamentenverabreichung

Stellen Sie sich mikroskopisch kleine Roboter vor, die durch den Körper navigieren und Medikamente präzise an beschädigte Gewebe abgeben und dabei Nebenwirkungen vermeiden können. Ingenieure der University of Hawaii in Mānoa haben einen neuen Durchbruch entdeckt, der diese Vision der Realität näher bringt.

Die Forschung, veröffentlicht im Tagebuch Weiche Materiezeigt, wie speziell entwickelte mikroskopische Roboter, sogenannte Janus-Partikel, chemische Signale erkennen und darauf zusteuern können, ähnlich wie Bakterien, die Lebensmittel erkennen.

Wenn die Partikel in der Nähe eines chemikalienfreisetzenden Pflasters platziert werden, können sie automatisch darauf „schwimmen“ und eine stabile Schwebeposition direkt darüber beibehalten. Medikamententragende Partikel könnten automatisch infiziertes oder beschädigtes Gewebe lokalisieren und darüber schweben, wodurch spezifische chemische Signale freigesetzt werden und Medikamente genau dort abgegeben werden, wo sie benötigt werden.

Mikroskopischer medizinischer „Lieferservice“

Das Forschungsteam bestehend aus UH Mānoa Department of Mechanical Engineering Ph.D. Die Studentin Viviana Mancuso, UH Mānoa Associate Professor William Uspal und Mihail Popescu von der Universität Sevilla in Spanien fanden heraus, dass die Partikelform eine entscheidende Rolle bei der Erzielung eines stabilen Schwebeprozesses spielt.

Längliche Partikel, die wie mikroskopisch kleine Stäbchen geformt sind, erwiesen sich als wirksamer bei der Beibehaltung ihrer Position als kugelförmige, die mit der Zeit dazu neigten, wegzudriften.

„Diese Forschung bringt uns näher an ‚intelligente‘ mikroskopische Geräte heran, die Medikamente genau dort im Körper abgeben können, wo sie benötigt werden, ähnlich wie ein winziger, präziser Lieferdienst auf zellulärer Ebene“, sagte Mancuso.

„Anstatt den ganzen Körper mit Medikamenten zu überschwemmen, was Nebenwirkungen verursachen kann, könnten diese mikroskopisch kleinen Roboter direkt zum Problembereich „schwimmen“ – sei es eine Infektion, ein Tumor oder eine Verletzung – und genau dort die Behandlung durchführen.“

Industrielle Anwendungen

Über medizinische Anwendungen hinaus könnte diese Technologie zur Erkennung von Materialschäden eingesetzt werden. Forscher vermuten, dass diese Partikel Korrosionsflecken auf Metalloberflächen identifizieren oder Schäden in Materialien lokalisieren könnten, die bei Beschädigung bestimmte Chemikalien freisetzen.

Die Studie zeigte auch, dass diese Partikel ihre Ziele auch dann finden können, wenn sie aus zufälligen Positionen und Ausrichtungen freigesetzt werden, was auf eine Anwendbarkeit in der Praxis schließen lässt.

Zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, wie sich diese Partikel in komplexeren Umgebungen verhalten, einschließlich Flüssigkeiten, die biologische Bedingungen besser simulieren. Die Entwicklung stellt einen bedeutenden Schritt hin zur Schaffung autonomer mikroskopischer Geräte dar, die gezielte Aufgaben in medizinischen und industriellen Anwendungen übernehmen können.