Forskere Utvikler “Mikroroboter” Som Skaper Deres Egen Bein

Et team av forskere ved universitetene i Linköping i Sverige og Okayama i Japan har utviklet en kombinasjon av materialer som kan endre form og herde. Teamet ble inspirert av veksten av bein i skjelettet.

Det unike materialet starter som mykt før det herder gjennom en beinutviklingsprosess som bruker de samme materialene som finnes i skjelettet.

Edwin Jager er en assosiert professor ved Institutt for fysikk, kjemi og biologi (IFM) ved Linköpings universitet.

“Vi ønsker å bruke dette til applikasjoner der materialer må ha forskjellige egenskaper på forskjellige tidspunkter. Først er materialet mykt og fleksibelt, og det låses deretter fast når det herder. Dette materialet kan brukes i for eksempel kompliserte beinbrudd. Det kan også brukes i mikroroboter – disse myke mikrorobotene kan injiseres i kroppen gjennom en tynn sprøyte, og deretter vil de foldes ut og utvikle sine egne harde bein,” sier Jager.

Oppdagelse av Unikt Biomolekyl

Teamet kom opp med ideen under et forskningsbesøk i Japan hvor Jager møtte Hiroshi Kamioka og Emilio Hara, som forsker på bein. Forskerne oppdaget en type biomolekyl som kunne stimulere beinvekst på kort tid, og de lurte på om det kunne kombineres med materialforskning for å utvikle nye materialer.

Studien ble publisert i Advanced Materials.

I studien skapte teamet en enkel “mikrorobot” som kan ta forskjellige former og endre stivhet. De brukte alginate, som er et gelmateriale der et polymermateriale vokser på en side. Alginate er også elektroaktiv og endrer volum når en lav spenning brukes, og dette får mikrorobotten til å bøye seg i en bestemt retning.

Forskerne festet deretter biomolekyler på den andre siden av gelet. Biomolekylene lar det myke gelmaterialet herde, og de er utvunnet fra cellehinnen på en type celle som er avgjørende for beinutvikling. Materialet kan deretter dyppes i en cellekulturmedium, som er en miljø som inneholder kalsium og fosfor og ligner kroppen. Når det er dyppet, lar biomolekylene gelet mineralisere og herde.

Potensielle Anvendelser

Det er mange potensielle anvendelser for dette nye materialet, som for eksempel beinhealing. Når det er i sin myke form, kan materialet bevege seg inn i rom i kompliserte beinbrudd før det utvider seg. Etter herding, vil det danne grunnlaget for bygging av nye bein.

Forskerne brukte materialet i sin studie, og rullet det rundt kyllingbein. Det kunstige beinet ble deretter utviklet og vokste sammen med kyllingbeinet.

Forskerne kan også bestemme hvordan mikrorobotten vil bøye seg ved å lage mønster i gelet. For eksempel, hvis de lager tverrgående linjer på overflaten av materialet, vil mikrorobotten bøye seg i en semisirkel. Hvis de lager diagonale linjer, vil den bøye seg som en korketråd.

“Ved å kontrollere hvordan materialet vrir seg, kan vi få mikrorobotten til å bevege seg på forskjellige måter, og også påvirke hvordan materialet foldes ut i bruddbein. Vi kan innbygge disse bevegelsene i materialets struktur, og gjøre komplekse programmer for å styre disse robotene unødvendige,” sier Jager.

Forskerne vil nå se nærmere på egenskapene til materialene og hvordan de samarbeider med levende celler. Dette kan gi dyper innsikt i biokompatibiliteten til materialene.