Att utveckla en ny generation konstgjorda muskler och mjuka nanoroboter för läkemedelsleverans är några av de långsiktiga målen med 4D-BIOMAP, ett ERC-forskningsprojekt som genomförs av Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) .Detta projekt utvecklar tvärgående bio-magnetomekaniska metoder för att stimulera och kontrollera biologiska processer som cellmigration och proliferation, organismens elektrofysiologiska svar, och ursprung och utveckling av mjukvävnadspatologier.

"Den övergripande idén med detta forskningsprojekt är att påverka olika biologiska processer på cellnivå (dvs. sårläkning, hjärnsynapser eller nervsystemsvar) genom att utveckla tidiga tekniska applikationer, "förklarar 4D-BIOMAP:s ledande forskare, Daniel García González från UC3M:s institution för kontinuummekanik och strukturanalys.

De så kallade magnetoaktiva polymererna revolutionerar områdena solid mekanik och materialvetenskap. Dessa kompositer består av en polymer matris (dvs. en elastomer) som innehåller magnetiska partiklar (dvs. järn) som reagerar mekaniskt genom att ändra form och volym. "Tanken är att tillämpningen av ett externt magnetfält leder till inre krafter i materialet. Dessa krafter resulterar i förändringar av dess mekaniska egenskaper, såsom styvhet eller till och med form- och volymförändringar som kan interagera med cellulära system ", förklarar Daniel García González. Forskaren publicerade nyligen en vetenskaplig artikel i Composites Part B:Engineering om detta ämne med sina kollegor från UC3M:s institution för strukturanalys och Institutionen för bioingenjör och rymdteknik. I detta tvärgående samarbete, motiverad till ursprungliga experiment, de föreslår en modell som ger teoretisk vägledning för att designa magnetoaktiva strukturella system som kan tillämpas vid stimulering av epitell sårläkning.

Det magnetomekaniska svaret bestäms av materialegenskaperna hos polymermatrisen och magnetiska partiklar. Om dessa processer kontrolleras, andra tekniska applikationer kan utvecklas, såsom mjuka robotar som kan interagera med kroppen eller en ny generation konstgjorda muskler, konstaterar forskaren, som förklarar potentialen med denna teknik med en jämförelse:"Låt oss föreställa oss någon som är på stranden och vill kliva fram snabbt. Men sanden (den mekaniska miljön) gör det lite svårare för dem att gå framåt än om de stod på asfalt eller en atletisk bana. Liknande, i vårat fall, om en cell befinner sig på ett underlag som är för mjukt, det kommer att göra det svårare att flytta. Så, om vi istället kan ändra dessa substrat och skapa denna atletiska bana för celler, vi kommer att få alla dessa processer att utvecklas mer effektivt. "

4D-BIOMAP (Biomechanical Stimulation based on 4D Printed Magneto-Active Polymer) är ett femårigt projekt som finansieras med 1,5 miljoner euro av European Research Council genom ett ERC-startbidrag inom ramprogrammet för forskning och innovation, Horizon 2020 (GA 947723). Detta forskningsprojekt närmar sig ur ett tvärvetenskapligt perspektiv, med kunskap från discipliner som solid mekanik, magnetism, och bioingenjör. Dessutom, beräkning, experimentell, och teoretiska metoder kommer att kombineras.