EPFL-forskare har utvecklat mikroskopiska, hydrogelbaserade muskler som kan manipulera och mekaniskt stimulera biologisk vävnad. Dessa mjuka, biokompatibla robotar skulle kunna användas för riktad terapi och för att hjälpa till att diagnostisera och förebygga sjukdomar. Kredit:Nebahat Yenihayat
Mänskliga vävnader upplever en mängd olika mekaniska stimuli som kan påverka deras förmåga att utföra sina fysiologiska funktioner, som att skydda organ från skador. Den kontrollerade appliceringen av sådana stimuli på levande vävnader in vivo och in vitro har nu visat sig vara avgörande för att studera de tillstånd som leder till sjukdom.
På EPFL, Selman Sakars forskargrupp har utvecklat mikromaskiner som kan mekaniskt stimulera celler och mikrovävnad. Dessa verktyg, som drivs av artificiella muskler i cellstorlek, kan utföra komplicerade manipulationsuppgifter under fysiologiska förhållanden i mikroskopisk skala.
Verktygen består av mikroaktuatorer och mjuka robotar som aktiveras trådlöst av laserstrålar. De kan också innehålla mikrofluidiska chips, vilket innebär att de kan användas för att utföra kombinatoriska tester som involverar kemisk och mekanisk stimulering med hög genomströmning av en mängd olika biologiska prover. Denna forskning har publicerats i Lab on a Chip .
Som legos
Forskarna kom på idén efter att ha observerat rörelsesystemet i aktion. "Vi ville skapa ett modulärt system som drivs av sammandragningen av distribuerade ställdon och deformationen av kompatibla mekanismer, säger Sakar.
Deras system innebär att man monterar olika hydrogelkomponenter – som om de vore legoklossar – för att bilda ett följsamt skelett, och sedan skapa senliknande polymerförbindelser mellan skelettet och mikroaktuatorerna. Genom att kombinera tegelstenar och ställdon på olika sätt, forskare kan skapa en rad komplicerade mikromaskiner.
"Våra mjuka ställdon drar ihop sig snabbt och effektivt när de aktiveras av nära-infrarött ljus. När hela nätverket för ställdon i nanoskala drar ihop sig, den drar i de omgivande enhetskomponenterna och driver maskineriet, säger Berna Ozkale, studiens huvudförfattare.
Med denna metod, forskare kan fjärraktivera flera mikroaktuatorer på angivna platser – ett skickligt tillvägagångssätt som ger exceptionella resultat. Mikroaktuatorerna slutför varje kontraktions-avslappningscykel på millisekunder med stor belastning.
Förutom dess användbarhet i grundforskning, Denna teknik erbjuder också praktiska tillämpningar. Till exempel, Läkare skulle kunna använda dessa anordningar som små medicinska implantat för att mekaniskt stimulera vävnad eller för att aktivera mekanismer för leverans på begäran av biologiska medel.
