گروهی از محققان دانشگاه واترلو مواد هوشمندی را توسعه داده اند که در آینده برای ساخت ربات های کوچک پزشکی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
این ربات‌های کوچک پتانسیل انجام اقدامات پزشکی مانند بیوپسی و انتقال سلول‌ها و بافت‌ها را به روشی غیرتهاجمی دارند. آنها می توانند در فضاهای تنگ و محیط های پر از مایع مانند بدن انسان حرکت کنند و محموله های شکننده مانند سلول ها یا بافت ها را به یک مکان خاص حمل کنند.
ربات‌های نرم کوچک بیش از یک سانتی‌متر طول ندارند و برای بدن بی‌خطر هستند و از کامپوزیت‌های هیدروژل پیشرفته ساخته شده‌اند که شامل نانوذرات سلولز پایدار از گیاهان است.
حامد شاهسون، استاد گروه مهندسی شیمی، این تحقیق را رهبری کرد که رویکردی جامع برای طراحی، ایجاد و کنترل این میکروربات ها دارد. هیدروژل به کار رفته در این کار با قرار گرفتن در معرض برخی مواد شیمیایی شکل خود را تغییر می دهد. توانایی کنترل جهت گیری نانوذرات سلولز به محققان اجازه می دهد تا تغییر شکل را که برای ساخت ربات های نرم کاربردی حیاتی است، برنامه ریزی کنند.
شاهسون که همچنین مدیر مواد هوشمند برای فناوری های پیشرفته رباتیک (SMART-) است، گفت: “ما در گروه تحقیقاتی خود در حال ترکیب قدیم و جدید هستیم. ما در حال معرفی میکروربات های جدید با استفاده از مواد نرم سنتی مانند هیدروژل ها، کریستال های مایع و کلوئیدها هستیم.”
یکی دیگر از ویژگی های منحصر به فرد این ماده پیشرفته قابلیت خود ترمیمی آن است که به محققان این امکان را می دهد تا ربات ها را به روش های مختلف بدون استفاده از چسب یا چسب شکل دهند. این ماده همچنین می تواند با مغناطیس تغییر یابد تا به حرکت روبات ها در بدن انسان کمک کند. به عنوان اثبات مفهوم، محققان یک ربات کوچک را با استفاده از یک میدان مغناطیسی از طریق پیچ و خم هدایت کردند.
شاهسون توضیح داد: مهندسان شیمی در پیشبرد تحقیقات میکرورباتیک پزشکی بسیار مهم هستند. پرداختن به چالش‌های موجود در میکرورباتیک نیازمند تخصص مهندسین شیمی در انتقال گرما و جرم، مکانیک سیالات، مهندسی واکنش، پلیمرها، علم ماده نرم و سیستم‌های بیوشیمیایی است.
مرحله بعدی این تحقیق شامل کوچک کردن ربات ها به اندازه های زیر میلی متری است.
گروه تحقیقاتی شاهسون با تیزازو مکونن، استاد گروه مهندسی شیمی واترلو، پروفسور شرلی تانگ، دانشیار دانشکده علوم (تحقیق) و امیررضا آقاخانی، استاد دانشگاه اشتوتگارت آلمان، همکاری داشت. آنها اخیرا یافته های خود را در Nature Communications منتشر کرده اند.
سوالات
هدف از میکرو ربات ها چیست؟
میکروربات‌ها پتانسیل انجام وظایف در مقیاس کوچک مانند تحویل دارو، دستکاری سلول‌ها، مونتاژ ساختارهای کوچک و سنجش سیگنال‌های بیولوژیکی را دارند. این وظایف اغلب به صورت دستی کنترل می شوند. به عنوان مثال، محققان تحویل داروی هدفمند را با استفاده از باکتری های مغناطیسی تحت تأثیر میدان مغناطیسی DC نشان داده اند.
چگونه از میکرو ربات ها در پزشکی استفاده می شود؟
در زمینه میکرورباتیک پزشکی، محققان در حال بررسی روش‌های غیرتهاجمی برای تشخیص و درمان در بدن انسان با استفاده از حسگرها و محرک‌های مینیاتوری هستند. این میکروربات‌ها می‌توانند متصل باشند (مانند میکروکاتترهای هوشمند و میکروآندوسکوپ‌ها) یا مستقل (مانند سیستم‌های دارورسانی مبتنی بر سلول).
تفاوت میکرو ربات با نانو ربات چیست؟
میکروربات‌ها بزرگ‌تر از نانوربات‌ها هستند که در مقیاس میکرومتری اندازه‌گیری می‌شوند، در حالی که نانوروبات‌ها در مقیاس نانومتری هستند. یک میکرومتر یک میلیونم متر است. علیرغم این تفاوت در اندازه، تعاریف این ربات ها همچنان گسترده است.
میکرو ربات ها چقدر کوچک هستند؟
اندازه میکروربات‌ها معمولاً کمتر از ۱ میلی‌متر است، اگرچه اندازه آنها بسته به محقق و کاربرد مورد نظر می‌تواند متفاوت باشد. در حال حاضر، میکروربات‌ها کاربردهای اصلی خود را در صنعت بیوتکنولوژی پیدا می‌کنند و به توسعه ابزارهای تشخیصی و درمانی هدفمند برای نظارت و درمان بیماری‌ها کمک می‌کنند.
معایب میکرو ربات ها چیست؟
علیرغم مزایای آنها، میکروربات ها با چالش هایی مانند تخریب جزئی و محدودیت در تحویل دارو به دلیل محدودیت در روش عملکرد خود مواجه هستند.
میکروربات ها چگونه حرکت می کنند؟
میکروربات ها توسط نیروهای جاذبه یا دافعه و با تنظیم قدرت جریان الکتریکی در سیم پیچ ها رانده می شوند.
میکرو ربات ها چگونه کنترل می شوند؟
حرکت میکروربات ها توسط نیروها یا گشتاورهای مغناطیسی با استفاده از میدان مغناطیسی گرادیان یا یکنواخت کنترل می شود. با این حال، روش‌هایی که بر یک میدان جهانی تکیه می‌کنند، هنگام مدیریت ریزربات‌های متعدد با چالش‌هایی در کنترل انعطاف‌پذیر مواجه هستند، زیرا حرکت یک ربات می‌تواند روی دیگران در فضای کاری تأثیر بگذارد.
تعاریف
مواد هوشمند:
موادی که دارای خواصی هستند که می توان آنها را به شیوه ای کنترل شده تغییر داد، اغلب در پاسخ به محرک های خارجی مانند دما، نور، یا مواد شیمیایی. در متن متن، از مواد هوشمند به عنوان بلوک های ساختمانی برای میکروربات های پزشکی استفاده می شود.
میکرو ربات های پزشکی:
روبات های کوچکی که برای کاربردهای پزشکی طراحی شده اند، قادر به انجام روش هایی مانند بیوپسی و انتقال سلول ها و بافت ها به روشی کم تهاجمی هستند. میکرو ربات ها در این زمینه از کامپوزیت های هیدروژل پیشرفته ساخته شده اند.
کامپوزیت های هیدروژل:
موادی متشکل از هیدروژل ها با سایر مواد ترکیب شده اند تا خواص آنها را افزایش دهند.
نانوذرات سلولز:
ذرات نانومقیاس به دست آمده از سلولز، ماده ای که در دیواره سلولی گیاهان یافت می شود.
زیست سازگار:
قابلیت وجود یا کار با هم بدون آسیب رساندن به بافت های زنده.
غیر سمی:
مضر یا سمی نیست.
خود درمانی:
توانایی یک ماده برای ترمیم خود پس از آسیب بدون دخالت خارجی.
میدان مغناطیسی:
ناحیه ای در اطراف آهنربا که در آن نیروهای مغناطیسی تجربه می شوند.
ترازوهای زیر میلیمتری:
اندازه گیری های کوچکتر از یک میلی متر.
میکرورباتیک:
رشته رباتیک که با ربات هایی در مقیاس کوچک، اغلب در اندازه یا کمتر از میلی متر سروکار دارد.
منابع
https://www.pharmaceutical-technology.com
