Mikroroboty odwzorowujące funkcje biologiczne
Jedną z fascynujących właściwości organizmów żywych jest to, że ich ruch można kontrolować za pomocą bodźców chemicznych. Jest to tak zwana chemotaksja. „Dzięki chemotaksji komórki mogą przemieszczać się w kierunku do chemicznego atraktanta lub od chemicznego repelentu”, wyjaśnia koordynatorka projektu ChemLife(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Larisa Florea z Trinity College Dublin(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Proces ten jest kluczowy dla wielu funkcji biologicznych, w tym unikania toksyn przez bakterie czy przemieszczania się komórek układu odpornościowego do miejsca zakażenia”.
Mikroskopijne pojazdy sensoryczne
Projekt ChemLife, wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zakłada syntetyczną imitację chemotaksji na poziomie mikro. „Organizmy żywe są o wiele bardziej złożone niż materiały syntetyczne”, dodaje Florea. „Ale możliwe, że łącząc chemię, inteligentne projektowanie i precyzyjną produkcję 3D, będziemy w stanie uzyskać lepsze możliwości w zakresie materiałów miękkich”. Pomysł Florei polegał na stworzeniu mikroskopijnych pojazdów. Miały one być w stanie „poruszać się” w złożonych środowiskach płynnych i skutecznie „rozpoznawać” lub „wyczuwać” określone ślady chemiczne. „Pierwszy typ pojazdów, które opracowaliśmy, był niezwykle prosty i miał postać kropel”, tłumaczy. „Kiedy wyobrażamy sobie mikroskopijne pojazdy, może nam przychodzić na myśl filmy takie jak Fantastyczna podróż. Jednak w projekcie ChemLife udało nam się wykazać, że krople wielkości mikrolitrów mogą podążać za gradientami chemicznymi na duże odległości, tak jak bakterie znajdujące pożywienie”. Zespół wykazał także, że te „inteligentne” krople mogą płynąć dzięki gradientom napięcia powierzchniowego, znajdować źródła chemoatraktantów w złożonych sieciach płynów, a nawet wyczuwać i raportować swoje lokalne środowisko w trakcie przemieszczania się. „Może to nie mikrorobot, jakiego sobie wyobrażamy, ale nim jest”, zauważa Florea.
Złożone trójwymiarowe mikrostruktury polimerowe
Następnym zadaniem było przejście od kropelek do bardziej złożonych trójwymiarowych mikrostruktur polimerowych. „Stworzyliśmy gamę polimerów reagujących na bodźce i posiadających określone funkcje”, wyjaśnia Florea. „Należą do nich mikroskopijne wsporniki, które wyginają się pod wpływem stymulacji elektrycznej, mikroskopijne kwiaty, które otwierają się w odpowiedzi na sygnały chemiczne, oraz mikrostruktury, które zmieniają kolor w zależności od lokalnego środowiska chemicznego”. Te przełomowe prace doprowadziły do szeregu odkryć. „Okazało się, że tymi robotami wykorzystującymi ciecze możemy sterować za pomocą pól elektrycznych”, mówi Florea. „Jedna z naszych badaczek ze stopniem doktora, Annael Sort-Montenegro, zademonstrowała, o ile nam wiadomo, najszybsze jak dotąd hydrożelowe siłowniki elektryczne”. Praca ta doprowadziła do stworzenia Biomimetic Toolbox, zbioru pojazdów, które można dostosować do szeregu różnych zadań. „Stworzenie z tych mikropojazdów inteligentnych społeczności, które będą w stanie wykonywać skomplikowane zadania, byłoby naprawdę dużym osiągnięciem”, dodaje Florea. „Musimy stale myśleć o zastosowaniach w środowiskach, do których obecnie trudno dotrzeć, gdzie znajdują się obiekty o wielkości mikrometrów, które są tak małe, że nie sposób ich zobaczyć gołym okiem”.
Neurochirurgia i precyzyjne dostarczanie leków
Do potencjalnych zastosowań należy neurochirurgia, w której zdalna manipulacja tymi mikrorobotami może pomóc w poruszaniu się po skomplikowanej sieci tętnic. Pionierem w tej dziedzinie jest współpracownik Florei, Jason Delente. Inne potencjalne zastosowanie to dostarczanie środków terapeutycznych na żądanie do określonego miejsca. Mimo wdrożenie takich rozwiązań nie zawsze jest łatwe, rozwiązania opracowane w ramach tego projektu są już rozwijane. „Niedawno badaliśmy niektóre substancje chemiczne opracowane w projekcie ChemLife pod kątem produkcji dopasowywanych implantów”, mówi Florea. „Wykorzystujemy naszą zdolność do bardzo precyzyjnego wytwarzania responsywnych mikrostruktur w innym europejskim projekcie o nazwie IV-Lab, aby tworzyć czujniki chemiczne i biochemiczne na tyle małe, że można je wszczepiać do żył lub tętnic”.
