Искусственные микропловцы с изменяемой формой для биомедицины
Искусственные спиральные микропловцы, способные менять форму и адаптировать способ движения, перспективны для точной медицины и неинвазивной хирургии. Однако существующие методы их изготовления медленны и ограничены.
Новая стратегия ротационной голографической обработки позволяет быстро создавать стимул-чувствительные спиральные микропловцы из гидрогеля разных размеров и морфологий. Они могут динамически переключаться между кувыркающимся и винтовым движением, что позволит им перемещаться в сложной среде и осуществлять целевую доставку лекарств. Это открывает большие перспективы для различных методов прецизионного лечения.
Вдохновлённые автономным поведением микроорганизмов, искусственные перестраиваемые микророботы могут реализовать схожие адаптивные возможности. Спиральные микропловцы особенно перспективны для биомедицины благодаря уникальному механизму движения в вращающемся магнитном поле.
В новой работе, опубликованной в Light: Advanced Manufacturing, группа под руководством профессора Цзявэнь Ли из Научно-технического университета Китая разработала новый способ создания микрометровых спиральных микропловцов. Это важно, поскольку многие биологические структуры (клетки, капилляры) также имеют микроскопические размеры.
Одной из проблем является изготовление микропловцов. Фемтосекундная прямая лазерная литография (fs-DLW) позволяет создавать сложные 3D-структуры с высоким разрешением, но это медленный и неэффективный процесс. Другая проблема — адаптивная локомоция в сложных условиях организма, где варьируется pH и существуют многочисленные микроканалы и препятствия.
В данном исследовании учёные разработали новый метод изготовления pH-чувствительных спиральных микропловцов из гидрогеля — ротационную голографическую обработку. Этот метод намного быстрее традиционных: создание микропловца занимает менее секунды, что примерно в сто раз быстрее, чем стратегия послойного сканирования.
Гидрогель способен поглощать воду, что делает микропловцы чувствительными к изменениям pH. При изменении кислотности среды микропловцы меняют форму, что позволяет им двигаться по-разному в постоянном вращающемся магнитном поле:
- В кислой среде (низкий pH) микропловцы сжимаются и совершают кувыркающееся движение.
- В щелочной среде (высокий pH) микропловцы расширяются и движутся по винтовой траектории.
Исследования показали, что такие микропловцы способны преодолевать сложный рельеф и доставлять лекарства к целевым клеткам. Ротационная голографическая обработка — перспективный метод для создания быстрых, перестраиваемых микропловцов, способных навигации в сложных условиях, что идеально подходит для задач целевой доставки лекарств и клеточной терапии.