Att rikta medicinsk behandling till en sjuk kroppsdel ​​är en metod som är lika gammal som medicinen själv. Ett plåster placeras på ett skinnat knä. Droppar går i kliande ögon. En bruten arm går in i en gjutning.

Men ofta är det som besvärar oss inne i kroppen och är inte så lätt att nå. I sådana fall, en behandling som kirurgi eller kemoterapi kan krävas. Ett par forskare inom Caltechs avdelning för teknik och tillämpad vetenskap arbetar med en helt ny behandlingsform - mikrorobotar som kan leverera läkemedel till specifika fläckar i kroppen samtidigt som de övervakas och kontrolleras från utsidan av kroppen.

"Microrobot -konceptet är riktigt coolt eftersom du kan få mikromaskiner precis där du behöver det, "säger Lihong Wang, Caltechs Bren professor i medicinsk teknik och elektroteknik. "Det kan vara läkemedelsleverans, eller en fördesignad mikrokirurgi. "

Mikrorobotarna är ett gemensamt forskningsprojekt av Wang och Wei Gao, biträdande professor i medicinsk teknik, och är avsedda för behandling av tumörer i mag -tarmkanalen.

Mikrorobotarna består av mikroskopiska sfärer av magnesiummetall belagda med tunna lager av guld och parylen, en polymer som motstår matsmältningen. Skikten lämnar en cirkulär del av sfären otäckt, ungefär som en porthål. Den avtäckta delen av magnesiumet reagerar med vätskorna i matsmältningskanalen, genererar små bubblor. Bubblaströmmen fungerar som en stråle och driver sfären framåt tills den kolliderar med närliggande vävnad.

Själva, magnesium sfäriska mikroroboter som kan zooma runt kan vara intressant, men de är inte särskilt användbara. För att göra dem från en nyhet till ett fordon för att leverera medicin, Wang och Gao gjorde några ändringar av dem.

Först, ett lager av medicin är inklämt mellan en individuell mikrosfär och dess parylenhölje. Sedan, för att skydda mikrorobotarna från den hårda miljön i magen, de är inneslutna i mikrokapslar gjorda av paraffinvax.

I detta skede, sfärerna kan bära droger, men saknar fortfarande den avgörande förmågan att leverera dem till en önskad plats. För det, Wang och Gao använder fotoakustisk datortomografi (PACT), en teknik utvecklad av Wang som använder pulser av infrarött laserljus.

Det infraröda laserljuset diffunderar genom vävnader och absorberas av syreförande hemoglobinmolekyler i röda blodkroppar, får molekylerna att vibrera ultraljud. Dessa ultraljudsvibrationer tas upp av sensorer som pressas mot huden. Data från dessa sensorer används för att skapa bilder av kroppens inre strukturer.

Tidigare, Wang har visat att variationer av PACT kan användas för att identifiera brösttumörer, eller ens enskilda cancerceller. Med avseende på mikrorobotarna, tekniken har två jobb. Den första är bildbehandling. Genom att använda PACT, forskarna kan hitta tumörer i matsmältningskanalen och också spåra mikroroboternas placering, som visar sig starkt i PACT -bilderna. När mikrorobotarna anländer i närheten av tumören, en högeffekts kontinuerlig våg nära infraröd laserstråle används för att aktivera dem. Eftersom mikrorobotarna absorberar det infraröda ljuset så starkt, de värmer kort, smälter vaxkapseln som omger dem, och utsätta dem för matsmältningsvätskor. Vid det tillfället, mikroroboternas bubbelstråle aktiveras, och mikrorobotarna börjar svärma. Strålarna är inte styrbara, så tekniken är ett slags hagelgevärssätt - mikrorobotarna kommer inte alla att träffa det riktade området, men många kommer. När de gör det, de håller sig till ytan och börjar släppa ut sin nyttolast för mediciner.

"Dessa mikromotorer kan tränga igenom slem i matsmältningskanalen och stanna kvar där länge. Detta förbättrar läkemedelsleverans, "Säger Gao." Men eftersom de är gjorda av magnesium, de är biokompatibla och biologiskt nedbrytbara. "

Tester i djurmodeller visar att mikrorobotarna fungerar som avsett, men Gao och Wang säger att de planerar att fortsätta driva forskningen framåt.

"Vi demonstrerade konceptet att du kan nå det sjuka området och aktivera mikrorobotarna, "Säger Gao." Nästa steg är att utvärdera den terapeutiska effekten av dem. "

Gao säger också att han skulle vilja utveckla variationer av mikrorobotarna som kan fungera i andra delar av kroppen, och med olika typer av framdrivningssystem.

Wang säger att hans mål är att förbättra hur hans PACT -system interagerar med mikrorobotarna. Det infraröda laserljuset som det använder har vissa svårigheter att nå in i djupare delar av kroppen, men han säger att det borde vara möjligt att utveckla ett system som kan tränga vidare.