Вчені з Наньянського технологічного університету в Сінгапурі (NTU Singapore) розробили мікроробота розміром із насінину, який може виконувати складні медичні задачі всередині організму, рухаючись по м’яких і нерівних тканинах та керуючись бездротовими магнітними полями. Ця розробка відкриває шлях до нового покоління надточної та мінімально інвазивної хірургії.
Мініатюрний пристрій довжиною лише 4,4 мм здатний виконувати одразу п’ять різних функцій: розрізати біологічні тканини, доставляти ліки, захоплювати та утримувати зразки, збирати тканини для аналізу або локально нагрівати ділянки тіла. Перемикання між режимами відбувається менш ніж за секунду, що робить систему надзвичайно гнучкою для потенційного медичного застосування.
Робота була виконана під керівництвом доцента Лума Гуо Жана зі Школи механічної та аерокосмічної інженерії NTU та опублікована в журналі Advanced Materials.
Як працює «розумний» мікроробот
Керування пристроєм здійснюється за допомогою слабких магнітних полів, які генеруються лабораторними котушками. Усередині робота використані м’які силіконові матеріали — PDMS та Ecoflex, які широко застосовуються в м’якій робототехніці. У них вбудовані магнітні мікрочастинки розміром близько 5 мікрометрів.
Ключова інновація полягає в тому, що різні частини робота реагують на магнітне поле вибірково. Це дозволяє активувати лише потрібний інструмент — наприклад, мікролезо для різання тканин або механізм для захоплення зразків — тоді як інші елементи залишаються нерухомими. Саме це вирішує одну з головних проблем мікророботів: зазвичай магнітне поле впливає на весь пристрій одночасно.
У центрі системи знаходиться магнітний модуль, який можна перемагнічувати в різних напрямках. Кожна орієнтація активує окрему функцію, що фактично перетворює один пристрій на багатофункціональну хірургічну платформу.
Ще однією важливою особливістю є шостий тип руху — обертання навколо власної осі. Це дає роботу додаткову свободу маневру і дозволяє точніше позиціонувати його в складних анатомічних структурах.
Випробування на біологічних тканинах
У лабораторних умовах робот тестували на зразках курячої печінки та гелеподібних матеріалах, які імітують м’які тканини людини. Він успішно розрізав тканини, доставляв частинки, що моделювали лікарські препарати, утримував зразки та генерував локальне тепло під дією змінного магнітного поля.
Окремо дослідники перевіряли можливість термічного впливу: при високочастотному магнітному полі магнітні компоненти робота нагрівалися, що може бути корисним у підходах магнітної гіпертермії — методі, який досліджують як потенційне лікування раку.
Біосумісність матеріалів також була підтверджена: понад 99% клітин людської шкіри залишалися життєздатними після контакту з матеріалами пристрою, що свідчить про низьку токсичність у лабораторних умовах.
Потенціал для медицини майбутнього
За словами розробників, такі мікророботи можуть у майбутньому дозволити лікарям проводити складні втручання глибоко всередині тіла без великих розрізів і традиційних хірургічних інструментів.
Наразі команда працює над інтеграцією технології з системами медичної візуалізації та створенням більш реалістичних моделей органів для тестування. Також дослідники співпрацюють із хірургами, щоб зрозуміти, як такі пристрої можуть бути інтегровані у реальні клінічні процедури.
Фахівці відзначають, що подібні магнітно керовані мікророботи можуть у перспективі змінити підхід до інтервенційної медицини, зменшивши травматичність операцій і розширивши можливості точкового лікування.
Проєкт розроблявся протягом семи років за підтримки NTU, агентства A*STAR та групи NHG. Розробники вже подали заявку на технологічне оформлення інновації через інноваційну компанію університету NTUitive.
