Роботы настолько крошечные, что могут маневрировать через наши кровеносные сосуды и доставлять лекарства в определенные точки тела – исследователи годами преследовали эту цель. Теперь ученым из ETH Zurich впервые удалось построить такие «микромашины» из металла и пластика, в которых эти два материала взаимосвязаны так же тесно, как звенья в цепи.
Это возможно благодаря новой технологии производства, которую они разработали.
«Металлы и полимеры имеют разные свойства, и оба материала предлагают определенные преимущества при создании микромашин. «Наша цель состояла в том, чтобы извлечь выгоду из всех этих свойств одновременно, объединив два», – объясняет Карлос Алькантара, бывший докторант в группе Сальвадора Пейна в Институте робототехники и интеллектуальных систем и один из двух ведущих авторов статьи. Как правило, микромашины получают питание извне с помощью магнитных полей, а это значит, что в них должны быть установлены магнитные металлические детали.
Полимеры, напротив, имеют то преимущество, что их можно использовать для создания мягких, гибких компонентов, а также деталей, растворяющихся внутри тела. Если лекарство заключено в этот вид растворимого полимера, можно выборочно доставлять активные вещества в определенные точки тела.
Высокий-?технологический метод производства
В основе нового метода производства лежит опыт профессора ETH Сальвадора Пане.
В течение многих лет он работал с высоким-?прецизионная технология 3D-печати, позволяющая создавать сложные объекты на уровне микрометров, метод, известный как 3D-литография. Ученые ETH применили этот метод для создания своего рода пресс-формы или шаблона для своих микромашин. Эти шаблоны имеют узкие бороздки, которые служат «негативом» и могут быть заполнены выбранными материалами.
Используя электрохимическое осаждение, ученые заполняют одни канавки металлом, а другие полимерами, прежде чем окончательно растворить шаблон с помощью растворителей. «Наша междисциплинарная группа состоит из инженеров-электриков, инженеров-механиков, химиков и материаловедов, которые работают в тесном сотрудничестве.
Это было ключом к развитию этого метода ", – говорит Фабиан Ландерс, докторант в группе Пейна. Он – другой ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Nature Communications.
Автомобиль с крошечными магнитными колесами
В качестве доказательства принципа создания микромашин из взаимосвязанных материалов ученые ETH создали различные миниатюрные транспортные средства с пластиковым шасси и магнитными металлическими колесами, приводимыми в действие посредством вращающегося магнитного поля. Некоторые из транспортных средств могут двигаться по стеклянной поверхности, в то время как другие – в зависимости от используемого полимера – могут плавать в жидкости или на поверхности жидкости.
Теперь ученые планируют усовершенствовать свои два-?компонентные микромашины и эксперименты с другими материалами. Кроме того, они будут пытаться создавать более сложные формы и машины, в том числе те, которые могут складываться и разворачиваться самостоятельно.
Помимо того, что они служат «паромами», которые распространяют активные вещества, будущие применения микромашин включают лечение аневризм (выпуклостей в кровеносных сосудах) или выполнение других хирургических процедур. Другой целью исследования является создание стентов (трубчатых опор для сосудов), которые раскрываются и могут быть расположены в определенном месте тела с помощью магнитных полей.