Ερευνητές Ανάπτυσσουν «Μικρορομπότ» που Δημιουργούν το Δικό τους Οστό

Μια ομάδα ερευνητών στα πανεπιστήμια του Λίνκοπινγκ στη Σουηδία και του Οκαγιάμα στην Ιαπωνία έχουν αναπτύξει μια συνδυασμένη ύλη που μπορεί να μεταμορφωθεί σε σχήματα και να σκληρύνει. Η ομάδα εμπνεύστηκε από την ανάπτυξη των οστών στο σκελετό.

Η μοναδική ύλη αρχίζει να είναι μαλακή πριν σκληρύνει μέσω ενός οστικού αναπτυξιακού προCESS που χρησιμοποιεί τα ίδια υλικά που βρίσκονται στο σκελετό.

Ο Edwin Jager είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής, Χημείας και Βιολογίας (IFM) στο Πανεπιστήμιο του Λίνκοπινγκ.

«Θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό για εφαρμογές όπου τα υλικά πρέπει να έχουν διαφορετικές ιδιότητες σε διαφορετικά σημεία του χρόνου. Αρχικά, το υλικό είναι μαλακό και ευέλικτο, και στη συνέχεια κλειδώνεται στη θέση του όταν σκληρύνει. Αυτό το υλικό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, σε περίπλοκες οστικές κατάγματα. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε μικρορομπότ – αυτά τα μαλακά μικρορομπότ θα μπορούσαν να ενυδατωθούν στο σώμα μέσω μιας λεπτής βελόνας, και στη συνέχεια θα ξεδιπλώνονταν και θα αναπτύσσονταν τα δικά τους σκληρά οστά», λέει ο Jager.

Ανακάλυψη Μοναδικού Βιομορίου

Η ομάδα ήρθε με την ιδέα κατά τη διάρκεια μιας ερευνητικής επίσκεψης στην Ιαπωνία όπου ο Jager συνάντησε τους Hiroshi Kamioka και Emilio Hara, οι οποίοι διεξάγουν έρευνα για τα οστά. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα είδος βιομορίου που θα μπορούσε να προκαλέσει οστική ανάπτυξη σε σύντομο χρονικό διάστημα, και αναρωτήθηκαν αν θα μπορούσε να συνδυαστεί με έρευνα υλικών για την ανάπτυξη νέων υλικών.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Advanced Materials.

Στη μελέτη, η ομάδα δημιούργησε ένα απλό «μικρορομπότ» που μπορεί να πάρει διαφορετικά σχήματα και να αλλάξει σκληρότητα. Εξαρτήθηκαν από το αλγινικό, το οποίο είναι ένα γелеώδες υλικό όπου ένα πολυμερικό υλικό μεγαλώνει σε μια πλευρά. Το αλγινικό είναι επίσης ηλεκτροδραστικό και αλλάζει τον όγκο του όταν εφαρμοστεί χαμηλή τάση, και αυτό προκαλεί το μικρορομπότ να γίνει σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Οι ερευνητές στη συνέχεια ένωσαν βιομορία στην άλλη πλευρά του γέλης. Τα βιομορία επιτρέπουν στο μαλακό γелеώδες υλικό να σκληρύνει, και εξάγονται από το κυτταρικό τοίχωμα ενός τύπου κυττάρου που είναι κρίσιμο για την οστική ανάπτυξη. Το υλικό μπορεί στη συνέχεια να βυθιστεί σε ένα κυτταρικό μέσο, το οποίο είναι ένα περιβάλλον που περιέχει ασβέστιο και φωσφόρο και μοιάζει με το σώμα. Μόλις βυθιστεί, τα βιομορία κάνουν το γέλη να μεταλλικεύεται και να σκληρύνει.

Πιθανές Εφαρμογές

Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για αυτό το νέο υλικό, όπως η οστική θεραπεία. Όταν είναι στη μαλακή του μορφή, το υλικό θα μπορούσε να κινηθεί σε χώρους σε περίπλοκες οστικές κατάγματα πριν από την επέκταση. Μετά τη σκληρύνση, θα形成σει τη βάση για την κατασκευή νέου οστού.

Οι ερευνητές αναπτύσσουν το υλικό στη μελέτη, τυλίγοντας το γύρω από κοτόπουλα οστά. Το τεχνητό οστό αναπτύχθηκε και μεγάλωσε μαζί με τα κοτόπουλα οστά.

Οι ερευνητές μπορούν επίσης να καθορίσουν πώς θα γίνει το μικρορομπότ, δημιουργώντας μοτίβα στο γέλη. Για παράδειγμα, αν δημιουργήσουν κάθετες γραμμές στην επιφάνεια του υλικού, το μικρορομπότ θα γίνει σε ημικύκλιο. Αν δημιουργήσουν διαγώνιες γραμμές, θα γίνει σαν ένα κορκσκριού.

«Ελέγχοντας πώς το υλικό γίνεται, μπορούμε να κάνουμε το μικρορομπότ να κινηθεί με διαφορετικούς τρόπους, και επίσης να επηρεάσουμε πώς το υλικό ξεδιπλώνεται σε σπασμένα οστά. Μπορούμε να ενσωματώσουμε αυτές τις κινήσεις στη δομή του υλικού, καθιστώντας τις σύνθετες προγράμματα για την πλοήγηση αυτών των ρομπότ άχρηστα», λέει ο Jager.

Οι ερευνητές θα εξετάσουν περαιτέρω τις ιδιότητες των υλικών και πώς συνεργάζονται με τα ζωντανα κύτταρα. Αυτό θα μπορούσε να παρέχει βαθύτερη ενημέρωση για τη βιοσυμβατότητα των υλικών.