Мягкие роботы для механической стимуляции клеток и тканей
Механические стимулы, воздействующие на живые ткани, влияют на их физиологические функции. Контролируемая стимуляция тканей in vivo и in vitro стала ключевым инструментом для изучения условий возникновения заболеваний.
Исследовательская группа EPFL под руководством Селмана Сакара разработала микромашины для механической стимуляции клеток и микротканей. Эти инструменты приводятся в действие искусственными мышцами клеточного размера и способны выполнять сложные манипуляции в физиологических условиях на микроскопическом уровне.
Принцип работы и конструкция
Устройства состоят из микроактюаторов и мягких роботизированных компонентов, которые дистанционно активируются лазерными лучами. Они также могут включать микрофлюидные чипы, что позволяет проводить комбинаторные тесты с высокопроизводительной химической и механической стимуляцией различных биологических образцов.
Система создана по модульному принципу, вдохновленному работой локомоторной системы:
- Различные гидрогелевые компоненты собираются, как кирпичики Lego, в гибкий каркас.
- Между каркасом и микроактюаторами формируются полимерные соединения, подобные сухожилиям.
- Комбинируя "кирпичики" и актюаторы, можно создавать множество сложных микромашин.
Ключевые характеристики технологии
Мягкие актюаторы, активируемые ближним инфракрасным светом, обеспечивают систему энергией:
- Быстрое и эффективное сокращение при активации.
- Дистанционная активация нескольких микроактюаторов в заданных точках.
- Высокая скорость: каждый цикл сокращения-расслабления занимает миллисекунды.
- Большая деформация (strain) во время работы.
Практическое применение
Помимо фундаментальных исследований, технология имеет практические перспективы:
- Крошечные медицинские имплантаты для механической стимуляции тканей.
- Активация механизмов для доставки биологических агентов по требованию.
Исследование опубликовано в журнале Lab on a Chip.