Microscopische robots die naar chemische signalen toe zwemmen, bieden nauwkeurige oplossingen voor medicijnafgifte

Stel je microscopisch kleine robots voor die door het lichaam kunnen navigeren en medicijnen nauwkeurig op beschadigde weefsels kunnen afleveren en tegelijkertijd bijwerkingen kunnen vermijden. Ingenieurs van de Universiteit van Hawaï in Mānoa hebben een nieuwe doorbraak ontdekt die deze visie dichter bij de realiteit brengt.

Het onderzoek, gepubliceerd in het journaal Zachte materielaat zien hoe speciaal ontworpen microscopische robots, bekend als Janus-deeltjes, chemische signalen kunnen detecteren en ernaar kunnen navigeren, net zoals voedsel dat bacteriën waarneemt.

Wanneer ze in de buurt van een plek worden geplaatst waar chemicaliën vrijkomen, kunnen de deeltjes er automatisch naartoe “zwemmen” en een stabiele zweefpositie direct daarboven behouden. Geneesmiddeldragende deeltjes kunnen geïnfecteerd of beschadigd weefsel automatisch lokaliseren en er boven zweven, waardoor specifieke chemische signalen vrijkomen, waardoor medicatie precies daar wordt afgeleverd waar dat nodig is.

Microscopische medische ‘bezorgservice’

Het onderzoeksteam bestaande uit UH Mānoa Department of Mechanical Engineering Ph.D. student Viviana Mancuso, UH Mānoa universitair hoofddocent William Uspal en Mihail Popescu van de Universiteit van Sevilla in Spanje ontdekten dat de vorm van deeltjes een cruciale rol speelt bij het bereiken van een stabiel zweefproces.

Langwerpige deeltjes, in de vorm van microscopisch kleine staafjes, bleken effectiever in het behouden van hun positie dan bolvormige deeltjes, die na verloop van tijd de neiging hadden weg te drijven.

“Dit onderzoek brengt ons dichter bij het hebben van ‘slimme’ microscopische apparaten die medicijnen precies kunnen afleveren waar het nodig is in het lichaam, net zoals een kleine, nauwkeurige bezorgservice op cellulair niveau,” zei Mancuso.

“In plaats van het hele lichaam te overspoelen met medicijnen, die bijwerkingen kunnen veroorzaken, zouden deze microscopisch kleine robots rechtstreeks naar het probleemgebied kunnen ‘zwemmen’ – of het nu een infectie, tumor of verwonding is – en daar de behandeling kunnen afleveren.”

Industriële toepassingen

Naast medische toepassingen zou deze technologie ook kunnen worden gebruikt om schade aan materialen op te sporen. Onderzoekers suggereren dat deze deeltjes corrosievlekken op metalen oppervlakken kunnen identificeren of schade kunnen lokaliseren in materialen die specifieke chemicaliën vrijgeven wanneer ze worden aangetast.

De studie toonde ook aan dat deze deeltjes hun doelwitten zelfs kunnen vinden wanneer ze vanuit willekeurige posities en oriëntaties worden losgelaten, wat duidt op toepasbaarheid in de echte wereld.

Toekomstig werk zal zich richten op hoe deze deeltjes presteren in complexere omgevingen, inclusief vloeistoffen die biologische omstandigheden beter simuleren. De ontwikkeling vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van het creëren van autonome microscopische apparaten die gerichte taken kunnen uitvoeren in medische en industriële toepassingen.