Los investigadores de la Universidad de Drexel, dirigidos por MinJun Kim, PhD, profesor de la Facultad de Ingeniería, han logrado con éxito una hazaña que tanto los fanáticos de la ciencia ficción como Michael Phelps pudieron apreciar. Utilizando un campo magnético giratorio, muestran cómo múltiples cadenasLos robots microscópicos basados en microesferas magnéticas pueden conectarse para alcanzar velocidades impresionantes nadando en un entorno microfluídico. Su hallazgo es el último paso hacia el uso de los llamados "micro-nadadores" para administrar medicamentos y realizar cirugías dentro del cuerpo.
en un artículo publicado recientemente en Nature Informes científicos , los ingenieros mecánicos describen su proceso para unir y desenlazar magnéticamente las cuentas mientras están nadando, y controlar individualmente los robots desacoplados más pequeños en un campo magnético. Estos datos ayudan a fomentar el concepto de usar microrobots para la administración de drogas intravenosas dirigidas,cirugía y tratamiento del cáncer.
"Creemos que los robots microsimmers podrían algún día usarse para llevar a cabo procedimientos médicos y brindar tratamientos más directos a las áreas afectadas dentro del cuerpo", dijo U Kei Cheang, PhD, investigador postdoctoral en la Facultad de Ingeniería de Drexel y autor principal de"Pueden ser muy efectivos para estos trabajos porque pueden navegar en muchos entornos biológicos diferentes, como el torrente sanguíneo y el microambiente dentro de un tumor".
Uno de los hallazgos centrales es que las cadenas más largas pueden nadar más rápido que las más cortas. Esto se determinó comenzando con un nadador de tres cuentas y ensamblando progresivamente las más largas. La cadena más larga examinada por el grupo, de 13 cuentas de longitud, alcanzóuna velocidad de 17.85 micras / segundo.
Los ingenieros de Drexel han estado agregando la comprensión de los microrobots para aplicaciones biomédicas durante casi una década, con el objetivo de producir una cadena robótica que pueda viajar dentro del cuerpo, luego desacoplarse para entregar su carga útil medicinal o tratamiento dirigido.
La razón de este enfoque es que un robot bastante versátil que puede realizar múltiples tareas podría controlarse usando un solo campo magnético.
Las cadenas del robot se mueven girando, como una hélice larga con forma de tornillo, en un paso con un campo magnético externo giratorio. Por lo tanto, cuanto más rápido gira el campo, más giran los robots y más rápido se mueven. Este sistema de propulsión dinámico también es elclave para lograr que se dividan en segmentos más cortos. A una cierta velocidad de rotación, la cadena robótica se dividirá en dos cadenas más pequeñas que pueden moverse independientemente una de la otra.
"Para desmontar el micro-nadador simplemente aumentamos la frecuencia de rotación", dijo Cheang. "Para un micro-nadador de siete cuentas, demostramos que al aumentar la frecuencia 10-15 ciclos, el estrés hidrodinámico en el nadador lo deformaba físicamente creando una torsiónefecto que conduce al desmontaje en un nadador de tres y cuatro cuentas "
Una vez separado, el campo se puede ajustar para manipular los robots de tres y cuatro cuentas para moverse en diferentes direcciones. Debido a que las cuentas están magnetizadas, eventualmente se pueden volver a conectar, simplemente ajustando el campo para volver a ponerlas en contactoel lado con la carga magnética correspondiente. El equipo también determinó las tasas de rotación y el ángulo de enfoque óptimos para facilitar la reconexión de las cadenas de micro nadador.
Este hallazgo es un componente clave de un proyecto más amplio en el que Drexel se está asociando con 10 instituciones de investigación y medicina de todo el mundo para desarrollar esta tecnología para realizar cirugía mínimamente invasiva en arterias bloqueadas.
"Para las aplicaciones de administración de medicamentos y cirugía mínimamente invasiva, queda trabajo por demostrar que las diferentes configuraciones ensambladas pueden lograr la navegación a través de diversos entornos in vivo y pueden construirse para realizar diferentes tareas durante los procedimientos operativos", escriben los autores ". Perocreemos que la comprensión mecanicista del proceso de ensamblaje que discutimos en esta investigación ayudará en gran medida a los esfuerzos futuros para desarrollar configuraciones capaces de lograr estas habilidades cruciales ".
Video: http://www.youtube.com/watch?v=t4AyM52m0s0&feature=youtu.be
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Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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