Einer der Mikrobots für einen Penny. (Bild der Purdue University/Georges Adam) Wissenschaftlern ist es zum ersten Mal gelungen, einen winzigen, rotierenden Mikroroboter im Dickdarm eines Tieres zu steuern, eine Innovation, die vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die medizinische Überwachung und Medikamentenverabreichung verspricht.
Was den kleinen Bot so nützlich macht, ist, dass er mit einem Magneten ausgestattet ist, sodass er mithilfe eines elektromagnetischen Feldes von außerhalb des Körpers gesteuert werden kann. Während dies nur ein Testlauf war, um zu beweisen, dass dies möglich ist, konnte der Miniatur-Explorer schließlich mit einer Nutzlast ausgestattet werden.
Der Mikrobot hat sich bereits im Trockenen und bei Nässe sowie auf unterschiedlichen Untergründen und Steigungen bewährt. Die Wendefunktion wurde speziell so entwickelt, dass die unvorhersehbare Landschaft des Körpers bewältigt werden kann.
(Video der Purdue University/Elizabeth Niedert und Chenghao Bi)
„Wenn wir an diese Roboter ein rotierendes externes Magnetfeld anlegen, drehen sie sich genau so, wie es ein Autoreifen tun würde, wenn er über unwegsames Gelände fährt.“ sagt Maschinenbauingenieur David Cappelleri , von der Purdue University. „Das Magnetfeld dringt auch sicher in verschiedene Medien ein, was für den Einsatz dieser Roboter im menschlichen Körper wichtig ist.“
Es gibt keine Batterie, alles wird von demselben Magnetfeld angetrieben, das den Bot steuert, und das Team konnte zeigen, dass das Gerät in beide Richtungen funktioniert. Die Überwachung erfolgte mittels Ultraschallbildgebung.
Die Forscher verwendeten Mäuse unter Narkose als Testpersonen und wählten den Dickdarm, weil er sozusagen einen einfachen Eintrittspunkt bietet … und weil das Innere des Organs bei der Verdauung von Speisen und Getränken sehr unordentlich werden kann.
„Einen Roboter durch den Dickdarm zu bewegen, ist so, als würde man am Flughafen den Fußgängerroller benutzen, um schneller zu einem Terminal zu gelangen.“ sagt der biomedizinische Ingenieur Luis Solorio , von der Purdue University. „Nicht nur der Boden bewegt sich, sondern auch die Menschen um einen herum.“
„Im Dickdarm gibt es all diese Flüssigkeiten und Materialien, die dem Weg folgen, aber der Roboter bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung.“ Es ist einfach keine einfache Reise.‘
Mit anderen Worten: Der Mikrobot stand vor einer schwierigen Herausforderung, meisterte sie aber mit Bravour. Die Wissenschaftler konnten keinerlei Gewebereaktion auf den Bot feststellen, was ein gutes Zeichen ist.
Sobald der kleine Roboter seine Arbeit erledigt hat, wird er zusammen mit den restlichen Darmausscheidungen auf normale Weise aus dem Körper ausgeschieden.
Außerhalb der Maus testete das Team auch die Fähigkeit des Bots, eine Substanz abzugeben. Nachdem der Mikrobot ihn mit einem Fluorescein-Farbstoff überzogen und in ein Fläschchen mit Kochsalzlösung gegeben hatte, setzte er ihn über einen Zeitraum von einer Stunde gleichmäßig frei, und es besteht die Hoffnung, dass dieser Farbstoff in Zukunft durch Medikamente ersetzt werden kann.
Bis zum Flipping-Bot ist es jedoch noch ein langer Weg und natürlich muss er auch an Menschen getestet werden, wo mehrere auf einmal versandt werden könnten. Fügen Sie es hinzu die wachsende Zahl von Mikrobots, die entwickelt werden, um unsere Befehle innerhalb und außerhalb des Körpers auszuführen.
„Aus diagnostischer Sicht könnten diese Mikroroboter die Notwendigkeit minimalinvasiver Koloskopien verhindern, indem sie bei der Gewebeentnahme helfen“, sagt der biomedizinische Ingenieur Craig Goergen , von der Purdue University. „Oder sie könnten Nutzlasten liefern, ohne die Vorbereitungsarbeiten durchführen zu müssen, die für herkömmliche Koloskopien erforderlich sind.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Mikromaschinen .