Araştırmacılar Kendi Kemiklerini Oluşturan “Mikro Robotlar” Geliştirdi

İsveç’teki Linköping ve Japonya’daki Okayama üniversitelerinde bir araştırma ekibi, şekil alabilen ve sertleşebilen bir malzeme kombinasyonu geliştirdi. Ekibin ilham kaynağı, iskeletteki kemik büyümesiydi.

Benzeri olmayan malzeme, kemik gelişimi sırasında kullanılan aynı malzemeleri kullanan bir kemik gelişimi süreci aracılığıyla sertleşmeden önce yumuşak bir şekilde başlar.

Edwin Jager, Linköping Üniversitesi Fizik, Kimya ve Biyoloji (IFM) bölümünde doçent.

“Bu malzemeyi, malzemelerin farklı zaman noktalarında farklı özelliklere sahip olması gereken uygulamalar için kullanmak istiyoruz. İlk olarak malzeme yumuşak ve esnek, ardından sertleşerek bulunduğu konumda sabitlenir. Bu malzeme, örneğin karmaşık kemik kırıklarında kullanılabilir. Ayrıca mikro robotlarda da kullanılabilir – bu yumuşak mikro robotlar ince bir şırıngayla vücuda enjekte edilebilir; ardından açılarak kendi sert kemiklerini geliştirebilir” diyor Jager.

Benzeri Olmayan Biyomolekülün Keşfi

Ekibin bu fikri, Jager’in Japonya’da bir araştırma ziyaretinde ortaya çıktı. Jager, kemik araştırmaları yapan Hiroshi Kamioka ve Emilio Hara ile tanıştı. Araştırmacılar, kısa bir süre içinde kemik büyümesini teşvik edebilen bir biyomolekül türü keşfetti ve bu biyomolekülün malzeme araştırmalarıyla birleştirilip yeni malzemeler geliştirilebileceğini merak ettiler.

Çalışma Advanced Materials de yayımlandı.

Çalışmada, farklı şekiller alabilen ve sertliğini değiştirebilen basit bir “mikro robot” oluşturuldu. Araştırmacılar, bir tarafında polimer malzeme büyütülen bir jel olan aljinat kullandılar. Aljinat aynı zamanda elektroaktiftir ve düşük bir voltaj uygulandığında hacmini değiştirir, bu da mikro robotun belirli bir yönde bükülmesine neden olur.

Araştırmacılar, jelin diğer tarafına biyomoleküller eklediler. Biyomoleküller, yumuşak jel malzemesinin sertleşmesini sağlar ve kemik gelişimi için önemli bir hücre tipinin hücre zarından elde edilir. Malzeme daha sonra kalsiyum ve fosfor içeren bir hücre kültürü ortamına daldırılabilir, bu da vücuda benzer bir ortam sağlar. Bir kez daldırıldığında, biyomoleküller jeli mineralleştirir ve sertleştirir.

Potansiyel Uygulamalar

Bu yeni malzeme için birçok potansiyel uygulama vardır, örneğin kemik iyileşmesi. Malzeme yumuşak formundayken, karmaşık kemik kırıklarındaki boşluklara girebilir ve sonra genişleyerek sertleşebilir. Bu, yeni kemik oluşumunun temelini oluşturur.

Araştırmacılar, çalışmada malzemeyi tavuk kemiklerine sardılar. Yapay kemik gelişti ve tavuk kemikleri ile birleşti.

Araştırmacılar, malzeme üzerindeki desenleri yaparak mikro robotun nasıl büküleceğini belirleyebilir. Örneğin, malzemeye dik çizgiler çizerek mikro robotu yarı daire şeklinde bükülebilirler. Çapraz çizgiler çizerek de tirbuşon gibi spiral biçimde bükülebilir.

“Malzemenin dönmesini kontrol ederek, mikro robotun farklı şekillerde hareket etmesini sağlayabilir ve ayrıca kırık kemiklerde malzemenin nasıl açıldığını etkileyebiliriz. Bu hareketleri malzemenin yapısına gömebiliriz, bu da bu robotları yönlendirmek için karmaşık programlara gerek kalmamasını sağlar” diyor Jager.

Araştırmacılar şimdi malzemelerin özelliklerini ve canlı hücrelerle nasıl birlikte çalıştıklarını daha da inceleyecekler. Bu, malzemelerin biyouygunluğuna dair daha derin bir anlayış sağlayabilir.