Atklājumi.lv

Baktēriju lieluma mikroroboti ārstēs slimības

Cīrihes (Šveice) Federālā tehnoloģiju institūta zinātniekiem izdevies uzbūvēt medicīnas vajadzībām paredzētus baktēriju izmēru mikrorobotus. Miniatūrie aparāti izskatās pēc spirālēm ar nelielām galviņām. Pārvietojoties šķidrumā tās griežās kā korķu viļķi.

Kustībā mikroroboti atgādina baktērijas ar garām, pātagām līdzīgām astēm (flagellām jeb viciņām). Tā kā mikrorobotu izmērs ir no 25 līdz 60 mikrometriem, tos var saskatīt tikai ar mikroskopa palīdzību. Salīdzinājumam, daudzas, ar flagellām apgādātās baktērijas ir 5 līdz 15 mikrometrus lielas, reti kurai pārsniedzot 20 mikrometru garumu. Sīkās, spirālveidīgās, dzīvajā dabā sastopamās sīkbūtnes atveidojošās ierīces to izstrādātāji nosaukuši par "Mākslīgajām Bakteriālajām Flagellām" (ABF - "Artificial Bacterial Flagella"). ABF izgudroja, uzbūvēja un kontrolējamā veidā "iemācīja" peldēt FTI Robotikas un inteliģento sistēmu institūta speciālisti, profesora Bredlija Nelsona vadībā. Pretstatā saviem prototipiem, no kuriem daudzi izraisa saslimšanas, ABF paredzētas kā palīglīdzekļi nākotnes medicīnai.
ABF izgatavošana bija iespējama pateicoties īpašai pašsarullēšanās tehnikai. Inženieri iztvaicēja tādus metālus kā indijs, gallijs, arsēns un hroms, kurus noteiktā secībā, tvaikam kondensējoties, ļoti plānā kārtiņā uzklāja vienu uz otra. Atsevišķas daļiņas no radušās substrāta tika atdalītas, izmantojot litogrāfiju un kodināšanu. Rezultātā ieguva ļoti plānas un garas, šauras strēmeles, kas materiāla dažādo slāņu nevienādā molekulārā režģa iespaidā pašas savērpās spirālē, tikko atdalījās no substrāta. Spirāles, atkarībā no kondensēto metāla slāņu biezuma un kompozīcijas, ieņem dažādus veidus. "Mēs varam detalizēti noteikt," saka Nelsons, "ne tikai to, cik maza spirāle būs, bet pat atdalītās sloksnītes savērpšanās virzienu."

ABF kustību īpašā veidā nodrošina no hroma-niķeļa-zelta kompozīta sastāvošā magnētiskā galviņa, kuru uz viena no sloksnītes galiem uzklāj vēl pirms to atdalīšanas no pamatloksnes.

Ar darba grupas izstrādātās magnētiskā lauka kontroles programmatūras palīdzību ABF iespējams virzīt uz kādu noteiktu mērķi. ABF var pārvietoties uz priekšu un atpakaļ, uz augšu un leju, kā arī, griezties visos virzienos. ABF kustībai nav nepieciešami nekādi iekšēji enerģijas avoti, tai arī nav nevienas kustīgas detaļas. Viss, kas vajadzīgs ir magnētiskais lauks, kura virzienā pagriežas ABF galviņa un kura ietekmē mikrorobots kustās. Patreizējās ABF versijas ātrums ir līdz 20 mikrometriem (t.i. - vienam sava ķermeņa garumam) sekundē. Nelsons uzskata, ka ātrumu būs iespējams palielināt līdz 100 mikrometriem sekundē. Baktērijas E. coli pārvietošanās ātrums, salīdzinājumam, ir 30 nanometri sekundē.

Izstrādātāji paredz ABF visai plašu pielietojumu biomedicīnas vajadzībām. Mākslīgās flagellas varētu, piemēram, nogādāt uz iepriekš noteiktām ķermeņa daļām medikamentus, attīrīt artērijas no nosēdumiem vai palīdzēt biologiem šūnu struktūru modifikācijā. FTI speciālisti jau veikuši eksperimentus, kuros ABF pārvietojās nesot līdzi polistirēna mikrosfēras.

Tomēr pagaidām norit vēl tikai sākotnējā izpēte. Pirms ABF spēs veikt praktiskus uzdevumus cilvēka ķermenī "vispirms nepieciešams panākt, lai to ceļam varētu sekot bez optiskās novērošanas, kā arī jebkurā brīdī garantēt mikrorobotu lokalizāciju," norāda profesors Nelsons. Tāpat būs jārod atbilde uz jautājumiem, kā, zāļu pārvietošanas gadījumā, nodrošināt, lai tās tiktu novietotas tieši in situ paredzētajā vietā.

Attēls: CFTI publicitātes foto.

Avots:

https://www.ethlife.ethz.ch

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.