Con solo la mitad de un milímetro de tamaño, los Micro-robots ayudarán a liberar medicamentos con gran precisión, estos tienen un caparazón de hidrogel en forma de estrella y se abre cuando se irradian con luz láser en el rango del infrarrojo cercano.
Los nuevos micro-robots, desarrollados en el laboratorio del profesor Brad Nelson en la ETH, potencialmente ayudarán a la entrega con gran precisión de las drogas.
Cuando está cerrado, se asemeja a las vainas de la planta; cuando se desenrolla abierto, se ven como estrellas de mar. Debido a su forma, estos nuevos micro-robots también podrían usarse para los seres vivos.
Stefano Fusco, un estudiante de doctorado en el Instituto de Robótica y Sistemas Inteligentes (IRIS), Observaba a la naturaleza en busca de inspiración cuando desarrolló el mecanismo de movimiento que abre y cierra el robot.
El mecanismo por el cual la Venus atrapamoscas captura su presa ha servido como modelo para la «criatura» del investigador.
El pequeño robot no es duro,sino suave, consta de dos capas de hidrogel, una clase de material compuesto por 90% de agua y 10% de polímeros. Los brazos de la cáscara de estrella de mar se doblan hacia dentro por su cuenta para formar una cápsula que contiene perlas magnéticas diminutas recubiertas con un alginato “amigo” de las células.
Las bicapas de hidrogel se impregnan con un fármaco modelo y sirven como una plataforma de administración de fármacos. Al mismo tiempo que protegen las perlas magnéticas, llevan a las células a la zona de objetivo.
Apunta grandemente a la administración de fármacos
El robot de hidrogel hasta el momento sólo se ha probado in vitro. Usando un sistema de manipulación electromagnética, los investigadores son capaces de dirigir la cápsula hacia una ubicación específica.
Una vez allí, se irradia con luz láser en el rango del infrarrojo cercano (785 nm de longitud de onda), que causa que el hidrogel cambie de forma. La cápsula se abre en cuestión de segundos y libera las diminutas gotas.
Usando este método, los investigadores serían capaces de suministrar un fármaco, por ejemplo, para una ubicación precisa en el interior del cuerpo y liberar el fármaco donde se necesita.
El cambio en la forma del micro-robot es reversible, mientras que la sensibilidad a la radiación del infrarrojo cercano se hace posible mediante el uso de óxido de grafeno que Fusco se mezcla con el hidrogel.
«Desde el principio, nuestro objetivo era desarrollar una aplicación específica, por lo que se optó por un material blando para el micro-robot», dice Fusco, que trabaja como un científico de materiales con los expertos en robótica en IRIS.
Su estudio, bajo la dirección del científico senior Selman Sakar en colaboración con otros grupos en la ETH de Zurich y la Universidad de Harvard, apareció como el tema de portada en la revista Advanced Materials.
El estudiante de doctorado no tiene que preocuparse por el sistema de navegación, otros investigadores de IRIS han estado trabajando en este tema durante aproximadamente una década.
Está diseñado para dirigir y mover objetos magnéticos minúsculos que no tienen su propio mecanismo de accionamiento o fuente de alimentación. El sistema sofisticado ha dado a conocer en conexión con un micro-robot utilizado para la cirugía ocular mínimamente invasiva.
Mejora la profundidad de operación
Sin embargo, el robot de hidrogel tiene sus limitaciones. Fusco descubrió que la radiación del infrarrojo cercano que utiliza puede penetrar sólo alrededor de 15 mm a 15 cm en el cuerpo, en función de los tejidos.
Para los procedimientos de los órganos internos, esto es probablemente insuficiente. Por tanto, los investigadores han desarrollado un mecanismo diferente que permite a las cápsulas abrirse en el tejido que no puede ser penetrado por el láser.
El estudiante de doctorado ETH ha diseñado el hidrogel para cambiar de forma en respuesta a un pulso magnético, lo que permite a los micro-robots librar su contendido en el interior del cuerpo.
«La gran ventaja del hidrogel es que puede ser modificado con diversos aditivos químicos, que permite que la cápsula responda a diferentes estímulos,» explica el investigador de materiales.
Hasta el momento, se ha probado la cápsula de hidrogel sólo en fluidos biológicos y agua, sin embargo no se ha probado en tejido animal o humano.
Los investigadores comenzarán a pensar en aplicaciones en los organismos vivos una vez que hayan logrado hacer la cápsula aún más pequeña. El tamaño actual de medio milímetro impide que el micro-robot se monte a través de los capilares, por ejemplo. Fusco piensa que «tendrá que ser reducido por lo menos en un factor de 10».
Otro objetivo es hacer que la cápsula y su contenido sean biodegradables. El depósito y los granos deben ser bio-reabsorbibles por lo que no necesitarán ser eliminados del cuerpo después de su uso.
Fusco estima que es probable que se tome otros tres a cinco años de investigación para lograr estos dos objetivos. Esta segunda generación de hidrogel de micro-robots sería entonces capaz de someterse a las pruebas en animales.
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