Микроробот с размерите на семе може да промени бъдещето на хирургията

Учени от Технологичния университет Наньянг в Сингапур ( NTU Singapore ) са разработили микроробот с размерите на семе, който може да изпълнява сложни медицински задачи вътре в тялото, като се движи през меки и груби тъкани и се ръководи от безжични магнитни полета, проправяйки пътя за ново поколение ултрапрецизна и минимално инвазивна хирургия.

Малкото устройство, дълго само 4,4 мм, е способно да изпълнява пет различни функции едновременно: рязане на биологична тъкан, доставяне на лекарства, улавяне и задържане на проби, събиране на тъкан за анализ или локално нагряване на области от тялото. Превключването между режимите отнема по-малко от секунда, което прави системата изключително гъвкава за потенциални медицински приложения.

Работата е ръководена от доцент Лум Гуо Джан от Училището по машинно и аерокосмическо инженерство към NTU и е публикувана в списание Advanced Materials.

Как работи един „умен“ микроробот

Устройството се управлява с помощта на слаби магнитни полета, генерирани от лабораторни бобини. Вътре в робота се използват меки силиконови материали от рода на PDMS и Ecoflex, които намират широко приложение в меката роботика. В тях са вградени магнитни микрочастици с размер около 5 микрометра.

Ключовата иновация тук е, че различните части на робота реагират селективно на магнитното поле. Това позволява да се активира само необходимият инструмент – например микроострие за рязане на тъкан или механизъм за захващане на проби, докато останалите елементи остават неподвижни. Това решава един от основните проблеми с микророботите: обикновено магнитното поле влияе едновременно на цялото устройство.

В центъра на системата е магнитен модул, който може да се ремагнетизира в различни посоки. Всяка ориентация активира отделна функция, като ефективно трансформира едно устройство в многофункционална хирургическа платформа.

Друга важна особеност е шестият вид движение, представляващо въртене около собствената си ос. Това дава на робота допълнителна свобода на маневриране и позволява по-прецизно позициониране в сложните анатомични структури.

Тестове върху биологични тъкани

В лабораторията роботът е тестван върху проби от пилешки дробчета и гелообразни материали, имитиращи човешки меки тъкани. Той успешно е резал тъкани, доставял е частици, имитиращи лекарства, съхранявал е проби и е генерирал локална топлина под въздействието на променливо магнитно поле.

Отделно, изследователите са тествали възможността за термични ефекти: под въздействието на високочестотно магнитно поле, магнитните компоненти на робота се нагряват, което би могло да бъде полезно при подходи за магнитна хипертермия – метод, който се изследва като потенциално лечение на рак.

Биосъвместимостта на материалите също беше потвърдена: над 99% от човешките кожни клетки остават жизнеспособни след контакт с материалите на устройството, което показва ниска токсичност в лабораторни условия.

Потенциал за бъдеща медицина

Според разработчиците, подобни микророботи биха могли в бъдеще да позволят на лекарите да извършват сложни интервенции дълбоко в тялото без големи разрези и традиционни хирургически инструменти.

Екипът в момента работи по интегрирането на технологията със системи за медицинско изобразяване и създаване на по-реалистични модели на органи за тестване. Изследователите също така си сътрудничат с хирурзи, за да разберат как подобни устройства могат да бъдат интегрирани в реални клинични процедури.

Експертите отбелязват, че подобни магнитно контролирани микророботи могат в бъдеще да променят подхода към интервенционната медицина, намалявайки травмата от операциите и разширявайки възможностите за локално лечение.

Проектът се разработва от седем години с подкрепата на NTU, A*STAR и NHG. Разработчиците вече са кандидатствали за технологичен лиценз чрез иновационната компания на университета, NTUitive.