Forskare Utvecklar “Mikrorobotar” Som Skapar Sitt Eget Ben

Ett team av forskare vid universiteten i Linköping i Sverige och Okayama i Japan har utvecklat en kombination av material som kan förändras och härdas. Teamet inspirerades av benens tillväxt i skelettet.

Det unika materialet börjar som mjukt innan det härdar genom en benutvecklingsprocess som använder samma material som finns i skelettet.

Edwin Jager är biträdande professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) vid Linköpings universitet.

“Vi vill använda detta för applikationer där material behöver ha olika egenskaper vid olika tidpunkter. Först är materialet mjukt och flexibelt, och sedan låses det på plats när det härdar. Detta material kan användas i till exempel komplicerade benfrakturer. Det kan också användas i mikrorobotar – dessa mjuka mikrorobotar kan injiceras i kroppen genom en tunn spruta, och sedan vecklas de ut och utvecklar sina egna styva ben”, säger Jager.

Upptäckten Av Unika Biomolekyler

Teamet kom på idén under ett forskningsbesök i Japan där Jager mötte Hiroshi Kamioka och Emilio Hara, som forskar om ben. Forskarna upptäckte en typ av biomolekyl som kunde stimulera benutveckling på kort tid, och de undrade om det kunde kombineras med materialforskning för att utveckla nya material.

Studien publicerades i Advanced Materials.

I studien skapade teamet en enkel “mikrorobot” som kan ta olika former och ändra styvhet. De använde alginate, som är ett gelmaterial där ett polymermaterial växer på ena sidan. Alginate är också elektroaktivt och ändrar sin volym när en låg spänning appliceras, och detta orsakar att mikroroboten böjer sig i en specifik riktning.

Forskarna fäste sedan biomolekyler på den andra sidan av gelen. Biomolekylerna tillåter det mjuka gelmaterialet att härdas, och de extraheras från cellmembranet av en typ av cell som är avgörande för benutveckling. Materialet kan sedan nedsänkas i en cellkulturmedium, som är en miljö som innehåller kalcium och fosfor och liknar kroppen. När det är nedsänkt, gör biomolekylerna att gelen mineraliseras och härdar.

Potentiella Tillämpningar

Det finns många potentiella tillämpningar för detta nya material, såsom benläkning. När det är i sin mjuka form, kan materialet röra sig in i utrymmen i komplicerade benfrakturer innan det expanderar. Efter härdning, skulle det bilda grunden för konstruktionen av nytt ben.

Forskarna använde materialet i sin studie, och lindade det runt kycklingben. Det artificiella benet utvecklades sedan och växte samman med kycklingbenen.

Forskarna kan också bestämma hur mikroroboten ska böja sig genom att skapa mönster i gelen. Till exempel, om de skapar vinkelräta linjer på materialets yta, kommer mikroroboten att böja sig i en semicirkel. Om de skapar diagonala linjer, kommer den att böja sig som en korkskruv.

“Genom att kontrollera hur materialet vrider sig, kan vi göra mikroroboten röra sig på olika sätt, och också påverka hur materialet vecklas ut i brutna ben. Vi kan infoga dessa rörelser i materialets struktur, vilket gör att komplexa program för att styra dessa robotar blir onödiga”, säger Jager.

Forskarna kommer nu att undersöka materialets egenskaper och hur de fungerar tillsammans med levande celler. Detta kan ge en djupare insikt i materialets biokompatibilitet.