Medikamentenabgabe: Der Propeller-Roboter

11. August 2016
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Mikro- und Nano-Roboter als Arzneimittel-Lieferanten sind schon lange mehr als ein ferne Zukunftsvision. Eine wichtige Hürde in ihrer Entwicklung konnten Forscher jetzt überwinden: Sie schufen modulare Mikro-Roboter, die rotierend ihre Größe an die Umgebung anpassen können.

Mikro- und Nanoroboter sind ein wichtiger Bestandteil der aktuellen Forschung. Sie sollen beispielsweise eingesetzt werden, um die Medikamentenabgabe ganz gezielt zu gestalten. Ziel ist es, eine Technologie zu entwickeln, die es ermöglicht, minimalinvasive Eingriffe in blockierten Arterien durchzuführen. Die Mikro-Schwimmer sollen dazu dienen, Medikamente zu liefern und kleine Eingriffe im Körperinneren durchzuführen. Bisherige Mini-Roboter zeichnen sich in der Regel aber durch eine unzureichende Vielseitigkeit aus. Insbesondere die Anpassung der Größe und Form in unterschiedlichen Umgebungen sorgt für Probleme.

Flexible Kuppler in Bewegung

Wissenschaftler der Drexel University in Philadelphia konnten jetzt Mikro-Roboter entwickeln, die sich aus konfigurierbaren, kugelförmigen Modulen zusammensetzen. Sie lassen sich nach Belieben entkuppeln und wieder verbinden und können sich so unterschiedlichen Strukturen und Umgebungen anpassen.

In einem erst kürzlich veröffentlichten Paper beschreiben die Forscher diesen Prozess der Kopplung und Entkopplung der einzelnen Bestandteile, aus denen sich die Mikro-Roboter zusammensetzen. Dieser Vorgang findet statt, während die Mikro-Schwimmer in Bewegung sind.

Eine sieben-teilige Magnetkette. Jede Mikrokugel ist kleiner als 5 Mikrometer. Quelle: © U Kei Cheang, Drexel University

Der hier abgebildete Mikro-Roboter setzt sich aus insgesamt sieben Mikro-Kugeln zusammen. Jede ist kleiner als 5 Mikrometer. Quelle: © U Kei Cheang, Drexel University

Medikamente zum Ziel bringen

Die Mikro-Roboter bestehen aus einem simplen geometrischen Konstrukt, das sich aus mehreren kugelförmigen Teilchen zusammensetzt. Mit Hilfe eines magnetischen Feldes lassen sich die einzelnen Bestandteile der kleinen Roboter individuell steuern und kontrollieren.

„Wir glauben, die Roboter könnten eines Tages eingesetzt werden, um kleinere medizinische Prozeduren durchzuführen und Medikationen zu den betroffenen Stellen im Körper zu liefern“, sagt U Kei Cheang, einer der leitenden Autoren. „Die Roboter sind für diesen Zweck besonders gut geeignet, da sie in der Lage sind, sich in unterschiedlichen Umgebungen wie beispielsweise im Blutstrom oder im Inneren eines Tumors zu bewegen.“


Der Mikro-Roboter in Action

Der Propeller-Roboter im Einsatz

Die Roboter-Ketten bewegen sich durch Drehbewegungen eines rotierenden, magnetischen Feldes fort und erinnern dabei an einen Propeller. Je schneller das magnetische Feld rotiert, umso häufiger dreht sich der Roboter und bewegt sich auch entsprechend schneller. Erreicht das dynamische Antriebssystem eine bestimmte Geschwindigkeit der Rotation, teilt sich der Roboter in kürzere Einzelteile, die sich dann auch unabhängig voneinander bewegen können. Um den Roboter also in seine Einzelteile zu trennen, muss einfach die Rotationsfrequenz erhöht werden. Da die einzelnen Bestandteile alle magnetisch sind, können sie später auch wieder zusammengeführt werden.

Während sich die Roboter fortbewegen, können sie beeindruckende Geschwindigkeiten erreichen. Außerdem zeigte sich während der Forschungsarbeit,  dass sich die längeren Ketten deutlich schneller bewegen können als die kürzeren. Die längste Kette der Versuchsreihe umfasste eine Länge von insgesamt 13 einzelnen Elementen und erreichte eine Geschwindigkeit von 17,85 Mikrometern pro Sekunde.

Lesen Sie hier mehr über den Einsatz der Mikro-Roboter.

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