میکرو و نانو شناگرها برای حرکت در مایعات بدن

سیناپرس: این وسیله می تواند کاربردهای متعددی در زمینه پزشکی داشته باشد.شاید در آینده ای نه چندان دور، انواع میکرو و نانوربات ها بتوانند به انجام کارهای مختلف در بدن انسان بپردازند. گروهی از دانشمندان مرکز پژوهشی پلانک در اشتوتگارت آلمان به همراه گروهی دیگر از دانشمندان، گام مهمی در این میان برداشتند. آنها موفق به طراحی وسیله ای شدند که در عین کوچک بودن، قادر به حرکت در مایعات مختلف زیستی بدن هم هستند.

در سال 1966 در یک فیم علمی- تخیلی با نام «سفر فوق العاده» (Fantastic voyage) یک زیردریایی با همراه سرنشینانش آن قدر کوچک شد که توانست به درون بدن انسان سفر کند و به این ترتیب، سرنشینان زیردریایی عده ای پزشک بودند، توانستند جراحی ویژه ای را بر روی مغز فردی که به دورن بدنش رفته بودند به انجام برساند. این کار تا مدتها در حوزه همان فیلم های علمی- تخیلی باقی ماند. به هر حال، حرکت ربات های بسیار کوچک درون بدن می تواند سودمندی های زیادی به همراه داشته باشد. این ربات ها می توانند داروها را به طور دقیق به موقعیت هدف برسانند و برای نمونه، دارویی را به سلول های شبکیه چشم منتقل کنند. دوم اینکه این ربات های ریز امکان ژن درمانی در یک سلول خاص را هم فراهم می سازند.

با این حال دو چالش مهم در مسیر دستیابی به این اهداف وجود دارد. نخست آن که این ربات ها باید آن قدر کوچک باشند که برای نمونه با استفاده از سرنگ بتوان آنها را به کره چشم تزریق کرد. دوم اینکه به محض ورود به بدن، باید بتوانند در مایعات و بافت های بدنی حرکت کنند. پژوهشگران مرکز پلانک توانستند در نوآوری جدید خود بر هر دوی این مشکلات غلبه کنند.

این دانشمندان دستگاهی دوکفه و شبیه به صدف طراحی کردند که فقط چند صد میکرومتر قطر دارد. این دستگاه می تواند با باز و بسته شدن به حرکت در آید. با این حال طراحی این دستگاه با مشکلات زیادی روبرو بود. نخست اینکه قطر این دستگاه فقط چند برابر قطر تار موی انسان است. به همین دلیل میزان گرانروی مایعی نظیر آب برای این دستگاه همانند گرانروی چیزی مثل قیر برای ما است. به همین دلیل حرکت منظم باز و بسته شدن نمی تواند به حرکت این دستگاه بیانجامد، زیرا این دو حرکت همدیگر را خنثی می کنند.

با این حال، این پژوهشگران از همان ابتدا، این دستگاه را در مایعات بدنی مورد آزمون قرار دادند. گفتنی است خواص مایعات بدنی (نظیر گرانروی آنها) با آب متفاوت است. برای نمونه در مایع سینوویال مفصلی، مولکول های اسید هیالورونیک به شکلی در کنار هم قرار گرفته اند که ساختار نهایی آنها از گرانوری بالایی برخوردار است. اما وقتی ماده ای در این مایع حرکت می کند، این ساختار مولکولی بر هم خورده و از گرانروی مایع کاسته می شود.

دانشمندان از این خاصیت مایعات دورن بدنی استفاده کردند. آنها حرکت این ربات را به گونه ای طراحی کردند که حرکت باز شونده آن بسیار سریع تر از حرکت بسته شدن آن باشد. این الگوی نامتقارن سبب زیاد کاهش گرانروی مایع در طی باز شدن و در مقابل، افزایش جزئی گرانروی در حین بسته شدن می شود. به همین دلیل، مسافتی که این ربات دو کفه در حین باز شدن طی می کند با مسافت طی شده هنگام بسته شدن برابر نیست و به کلامی دیگر، همدیگر را خنثی نمی کنند. این نخستین دستگاهی است که می تواند با حرکات متقارن خود در مایع حرکت کند.

این دانشمندان برای کنترل این دستگاه، از مواد مغناطیسی نادر زمینی در دو کفه ربات استفاده کردند. به این ترتیب امکان کنترل باز و بسته شدن دو کفه با قرارگیری آن در معرض میدان مغناطیسی خارجی فراهم می شود. همچنین شاید بتوان در آینده از عوامل دیگری نظیر تغییرات دمایی موجود در بدن هم برای به حرکت درآوردن این دستگاه بهره گرفت.

جزئیات بیشتر این پژوهش در ژورتال Nature Communication منتشر شده است.

No tags for this post.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا