研究人员开发出能够创建自身骨骼的“微型机器人”

瑞典林克平大学和日本冈山大学的研究人员团队开发了一种可以改变形状并硬化的材料组合。该团队的灵感来自骨骼中的骨骼生长。

这种独特的材料最初是软的，然后通过一种使用骨骼中相同材料的骨骼发育过程来硬化。

埃德温·雅格尔是林克平大学物理、化学和生物学系的副教授。

“我们希望将这种材料用于需要在不同时间具有不同特性的应用中。首先，材料是软的和灵活的，然后当它硬化时就会被锁定在原位。这种材料可以用于复杂的骨折，也可以用于微型机器人——这些软微型机器人可以通过细针注射到身体中，然后它们会展开并发展出自己的刚性骨骼，”雅格尔说。

发现独特的生物分子

该团队在日本的一次研究访问中想出了这个想法，雅格尔在那里遇到了正在研究骨骼的广岛和原。研究人员发现了一种可以在短时间内刺激骨骼生长的生物分子，并想知道它是否可以与材料研究相结合来开发新的材料。

该研究发表在高级材料杂志上。

在研究中，团队创建了一个简单的“微型机器人”，可以改变形状和刚度。他们依靠藻酸盐，一种在一侧生长的聚合物材料的凝胶材料。藻酸盐也是电活性材料，当施加低电压时会改变其体积，从而使微型机器人在特定方向上弯曲。

然后，研究人员在凝胶的另一侧附着生物分子。这些生物分子使软凝胶材料硬化，并从骨骼发育中至关重要的细胞膜中提取。材料可以浸泡在细胞培养基中，即一种含有钙和磷的环境，类似于人体。一旦浸泡，生物分子就会使凝胶矿化并硬化。

潜在应用

这种新材料有许多潜在应用，例如骨骼愈合。当它处于软状态时，材料可以移动到复杂骨折的空间中，然后扩张。硬化后，它将成为新骨骼建设的基础。

研究人员在研究中部署了该材料，包裹在鸡骨周围。人工骨骼然后发展并与鸡骨融合在一起。

研究人员还可以通过在凝胶上制作图案来控制微型机器人的弯曲方式。例如，如果他们在材料表面制作垂直线，微型机器人将以半圆形弯曲。如果他们制作对角线，它将像螺旋桨一样弯曲。

“通过控制材料的转动，我们可以使微型机器人以不同的方式移动，并影响材料在破碎骨骼中展开的方式。我们可以将这些运动嵌入材料的结构中，使复杂的程序用于控制这些机器人变得不必要，”雅格尔说。

研究人员现在将进一步研究材料的性质以及它们与活细胞的相互作用。这可能会对材料的生物相容性提供更深入的见解。