Hastalıklı hücrelere ilaç vermek için tasarlanan mikro robotlar, denizyıldızı larvalarından ilham alıyor

0
32

[ad_1]

Deniz yıldızı larvalarında ilham bulmak

Deniz yıldızı larvalarından ilham alan yeni mikrobot, plastik boncukları karıştırıyor. Kredi bilgileri: Cornel Dillinger/ETH Zürih

ETH Zürih’teki araştırmacılar, bir deniz yıldızı larvasının hareketini taklit eden küçük bir robot geliştirdiler. Ses dalgaları tarafından yönlendirilir ve tıpkı doğal modeli gibi etrafındaki sıvıyı yönlendiren minik tüylerle donatılmıştır. Gelecekte, bu tür mikro yüzücüler, hastalıklı hücrelere kesin doğrulukla ilaç verebilirler.

Bilim adamları arasında tıpta devrim yaratacak küçük makinelere büyük ilgi var. Bu mikro robotlar, genellikle bir saçın çapının sadece küçük bir kısmıdır, belirli bölgelere ilaç vermek ve en küçük cerrahi prosedürleri gerçekleştirmek için vücutta yüzerler.

Bu robotların tasarımları genellikle bakteri veya alg gibi doğal mikroorganizmalardan ilham alır. Şimdi, ilk kez, ETH Zürih’teki bir araştırma grubu, yüzmek ve beslenmek için yüzeylerinde siliyer bantlar kullanan denizyıldızı larvalarından ilham alan bir mikro robot tasarımı geliştirdi. Ultrasonla etkinleştirilen sentetik sistem, denizyıldızı siliyer bantlarının doğal düzenlemelerini taklit eder ve larva hareketini ve manipülasyon tekniklerini kopyalamak için doğrusal olmayan akustiği kullanır.

Sıvıyı itmek veya emmek için tüyler

İlk bakışta, mikro robotlar denizyıldızı larvalarına çok az benzerlik gösteriyor. Larva aşamasında, bir denizyıldızı sadece birkaç milimetre çapında loblu bir gövdeye sahiptir. Bu arada, mikro robot bir dikdörtgen ve on kat daha küçük, sadece bir milimetrenin dörtte biri. Ancak ikisi önemli bir özelliği paylaşıyor: yüzeyde kirpik adı verilen bir dizi ince, hareketli tüy.

Bir denizyıldızı larvası bu tüylerden yüzbinlercesi ile örtülüdür. Sıralar halinde düzenlenmişler, koordineli bir şekilde ileri geri atıyorlar, çevreleyen suda girdaplar yaratıyorlar. İki sıranın göreli oryantasyonu nihai sonucu belirler: Dayanan iki kirpik şeridini birbirine doğru eğmek, itme etkisi olan bir girdap yaratır ve larvayı iter. Öte yandan, iki bandı birbirinden uzaklaştırmak, sıvıyı içine çeken ve larvaların beslendiği parçacıkları yakalayan bir girdap oluşturur.

Deniz yıldızı larvalarında ilham bulmak

Denizyıldızı larvası, yüzmesine veya beslenmesine bağlı olarak farklı girdap modelleri oluşturur. Kredi: Prakash Laboratuvarı, Stanford Üniversitesi

Yapay yüzücüler daha hızlı yendi

Bu kirpikler, yaşam bilimleri ve sağlık için Akustik Robotik Profesörü Daniel Ahmed tarafından yönetilen ETH araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni mikrorobot için kilit tasarım öğesiydi. Ahmed, “Başlangıçta,” dedi, “sadece, silia sıraları birbirine doğru veya birbirinden uzağa eğimli olan deniz yıldızı larvalarına benzer girdaplar oluşturup oluşturamayacağımızı test etmek istedik.

Bu amaçla, araştırmacılar uygun şekilde eğimli siliyer bantlara sahip bir mikro robot oluşturmak için fotolitografiyi kullandılar. Daha sonra kirpiklerin salınmasını sağlamak için harici bir kaynaktan ultrason dalgaları uyguladılar. Sentetik versiyonlar saniyede on bin defadan fazla ileri geri atıyor – bir deniz yıldızı larvasınınkinden yaklaşık bin kat daha hızlı. Ve larvada olduğu gibi, bu döven kirpikler, önde emme etkisi olan bir girdap ve arkada itme etkisi olan bir girdap oluşturmak için kullanılabilir, birleşik etki robotu ileri “roketletir”.

Araştırmacılar, laboratuvarlarında mikro robotların su gibi sıvılarda düz bir çizgide yüzebildiğini gösterdi. Suya minik plastik boncuklar eklemek, mikro robotun yarattığı girdapları görselleştirmeyi mümkün kıldı. Sonuç şaşırtıcı: hem denizyıldızı larvaları hem de mikro robotlar neredeyse aynı akış modellerini üretiyor.

Daha sonra, araştırmacılar siliyer bantları, deniz yıldızı larvaları tarafından kullanılan beslenme tekniğini taklit ederek, bir itme girdabının yanına bir emme girdabı yerleştirilecek şekilde düzenlediler. Bu düzenleme, robotların parçacıkları toplamasını ve önceden belirlenmiş bir yönde göndermesini sağladı.






Yeni mikro robot, yüzmenin yanı sıra parçacıkları toplayabilir ve onları önceden belirlenmiş bir yöne yönlendirebilir. Kredi bilgileri: Cornel Dillinger/ETH Zürih

Ultrason birçok avantaj sunar

Ahmed, bu yeni mikrorobot türünün yakın gelecekte tıpta kullanıma hazır olacağına inanıyor. Bunun nedeni, yalnızca ultrasona dayanan bir sistemin belirleyici avantajlar sunmasıdır: ultrason dalgaları görüntülemede zaten yaygın olarak kullanılmaktadır, vücudun derinliklerine nüfuz eder ve hiçbir sağlık riski oluşturmaz.

Bu terapinin sadece bir ultrason cihazı gerektirmesi, onu ucuz kılıyor ve bu nedenle hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde kullanıma uygun olduğunu ekliyor.

Ahmed, ilk uygulama alanlarından birinin mide tümörlerinin tedavisi olabileceğine inanıyor. Konvansiyonel ilaçların difüzyon yoluyla alınması verimsizdir, ancak mikro robotların bir ilacı spesifik olarak bir mide tümörü bölgesine taşıması ve daha sonra oraya iletmesi, ilacın tümör hücrelerine alımını daha verimli hale getirebilir ve yan etkileri azaltabilir.

Kontrast ajanları sayesinde daha keskin görüntüler

Ancak bu vizyon gerçekleştirilmeden önce üstesinden gelinmesi gereken büyük bir zorluk var: görüntüleme. Minik makineleri doğru yere yönlendirmek, gerçek zamanlı olarak keskin bir görüntünün oluşturulmasını gerektirir. Araştırmacılar, ultrason ile tıbbi görüntülemede halihazırda kullanılanlar gibi kontrast ajanları ekleyerek mikro robotları daha görünür hale getirmeyi planlıyor.

Ahmed, tıbbi uygulamalara ek olarak, bu denizyıldızından ilham alan tasarımın, araştırma ve endüstride en küçük sıvı hacimlerinin manipülasyonu için önemli etkileri olacağını tahmin ediyor. Kirpikleri çırpan bantlar, karıştırma, pompalama ve parçacık yakalama gibi görevleri yerine getirebilir.


Denizyıldızı larvaları yemek yemek ve koşmak için karmaşık su girdapları yaratır


Daha fazla bilgi:
Cornel Dillinger ve diğerleri, denizyıldızından ilham alan mikrorobotik sistemler için ultrasonla etkinleştirilen siliyer bantlar, Doğa İletişimi (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26607-y

Alıntı: Hastalıklı hücrelere ilaç vermek için tasarlanan mikro robotlar, 18 Kasım 2021’de https://medicalxpress.com/news/2021-11-microrobots-drugs-diseased-cells-starfish.html adresinden alınan denizyıldızı larvalarından (2021, 9 Kasım) ilham alıyor.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.



[ad_2]

Source link

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz