Kleine microrobots kunnen door het menselijk lichaam reizen door te tuimelen

Engineers aan de Purdue University hebben een kleine rechthoekige robot ontwikkeld die in staat is om binnen het menselijk lichaam te functioneren. De nieuwe technologie, die werd gedemonstreerd in levende diermodellen, brengt ons dichter bij het benutten van de kracht van robots voor veel doorbraaktoepassingen, vooral in de gezondheidszorg.

De nieuwe studie werd gepubliceerd in Nature Machine Intelligence.

De robot, die door de colon bewoog door achterwaartse salto’s te maken, is een drug-transportmiddel. Organen zoals de colon worden beschouwd als ruw terrein, wat gedeeltelijk de achterwaartse salto-aspect van de technologie verklaart. Het is de eerste demonstratie van een tuimelende microrobot in vivo.

Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van een kleine robot om drugs te leveren, is dat deze exact op de doellocatie kan worden afgeleverd. Door dit te doen, kan de robot andere organen omzeilen waar de drugs mee kunnen interacteren, waardoor bijwerkingen zoals haarverlies en maagbloeding worden voorkomen.

De microrobot wordt aangedreven en draadloos gecontroleerd door een magnetisch veld aan de buitenkant.

David Cappelleri is een associate professor in de mechanische ingenieurswetenschap aan de Purdue University.

“Wanneer we een roterend extern magnetisch veld op deze robots toepassen, draaien ze net als een autband over ruw terrein,” zei Cappelleri. “Het magnetisch veld dringt ook veilig door verschillende soorten media, wat belangrijk is voor het gebruik van deze robots in het menselijk lichaam.”

De colon werd gekozen vanwege het gemakkelijke punt van toegang, evenals het moeilijke milieu.

Luis Solorio is een assistent-professor aan de Weldon School of Biomedical Engineering van de Purdue University.

“Een robot door de colon bewegen is als het gebruik van een people-walker op een vliegveld om sneller naar een terminal te komen. Niet alleen beweegt de vloer, maar ook de mensen om je heen,” zei Solorio.

“In de colon heb je al deze vloeistoffen en materialen die langs het pad volgen, maar de robot beweegt in de tegenovergestelde richting. Het is gewoon geen gemakkelijke reis.”

Het moeilijke milieu maakt de capaciteit van de robot om daarin te functioneren nog indrukwekkender

https://www.youtube.com/watch?v=9OsYpJFWnN8&feature=youtu.be

Experimenten

De in vivo-experimenten vonden plaats in de colons van levende muizen, die onder anesthesie werden geplaatst. Een microrobot werd eerst in een zoutoplossing geplaatst voordat deze in de muizen werd geïnjecteerd, en ultrasound-apparatuur hielp de bewegingen in real-time te observeren.

De onderzoekers ontdekten ook dat de microrobots succesvol konden functioneren in varkens, vanwege de overeenkomsten tussen de darmen van het dier en die van de mens.

Craig Goergen is de Leslie A. Geddes Associate Professor of Biomedical Engineering aan de Purdue University.

De microrobot was bedekt met een fluorescente mock-drug, en deze kon de drug succesvol door de oplossing transporteren terwijl deze tuimelde.

“We konden een mooie, gecontroleerde afgifte van de drug-bevraging verkrijgen. Dit betekent dat we de microrobot mogelijk naar een locatie in het lichaam kunnen sturen, deze daar kunnen laten en dan de drug langzaam kunnen laten vrijkomen. En omdat de microrobot een polymeercoating heeft, zou de drug niet van de robot afvallen voordat deze de doellocatie bereikt,” zei Solorio.

De microrobots zijn gemaakt van polymeer en metaal, die niet-toxisch en biologisch afbreekbaar zijn.

“Vanuit een diagnostisch perspectief kunnen deze microrobots mogelijk de noodzaak voor minimaal invasieve colonoscopieën voorkomen door weefsel te verzamelen. Of ze kunnen payloads leveren zonder de voorbereidingswerkzaamheden te hoeven doen die nodig zijn voor traditionele colonoscopieën,” zei Goergen.