يمكن أن تساعد روبوتات Microswimmer في توصيل الدواء وإجراء الجراحة داخل الجسم
السبت - تموز 30, 2016
3:34 am
|
مشاهدات المقال2646
|A+ | a-
نجح باحثو جامعة دريكسل ، بقيادة مين جون كيم ، الحاصل على درجة الدكتوراه ، والأستاذ بكلية الهندسة ، في تحقيق إنجاز يمكن أن يقدره كل من محبي الخيال العلمي ومايكل فيلبس. باستخدام مجال مغناطيسي دوار ، يوضحون كيف يمكن ربط سلاسل متعددة من الروبوتات المجهرية القائمة على حبة مغناطيسية للوصول إلى سرعات مذهلة تسبح في بيئة موائع جزيئية. النتائج التي توصلوا إليها هي أحدث خطوة نحو استخدام ما يسمى "السباحات الدقيقة" لتوصيل الدواء وإجراء الجراحة داخل الجسم. في ورقة نُشرت مؤخرًا في Nature Scientific Reports ، يصف المهندسون الميكانيكيون عمليتهم للربط المغناطيسي للخرز وفك ارتباطها أثناء السباحة ، والتحكم الفردي في الروبوتات الصغيرة المنفصلة في مجال مغناطيسي. تساعد هذه البيانات في تعزيز مفهوم استخدام الروبوتات الدقيقة لتوصيل الأدوية عن طريق الوريد والجراحة وعلاج السرطان. قال U Kei Cheang ، دكتوراه ، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في كلية Drexel للهندسة والمؤلف الرئيسي للورقة: "نعتقد أن الروبوتات الدقيقة يمكن استخدامها يومًا ما لتنفيذ الإجراءات الطبية وتقديم المزيد من العلاجات المباشرة للمناطق المصابة داخل الجسم". . "يمكن أن تكون فعالة للغاية لهذه الوظائف لأنها قادرة على التنقل في العديد من البيئات البيولوجية المختلفة ، مثل مجرى الدم والبيئة الدقيقة داخل الورم." إحدى النتائج الرئيسية هي أن السلاسل الأطول يمكن أن تسبح أسرع من الأقصر. تم تحديد ذلك من خلال البدء بسباح بثلاث حبات والتجميع التدريجي للسباح الأطول. أطول سلسلة فحصتها المجموعة ، بطول 13 خرزة ، وصلت سرعتها إلى 17.85 ميكرون / ثانية. يضيف مهندسو Drexel مفهوم الروبوتات الدقيقة للتطبيقات الطبية الحيوية منذ ما يقرب من عقد من الزمان ، بهدف إنتاج سلسلة روبوتية يمكنها السفر داخل الجسم ، ثم فصلها لتوصيل حمولتها الطبية أو العلاج المستهدف. والسبب في هذا النهج هو أنه يمكن التحكم في روبوت متعدد الاستخدامات يمكنه القيام بمهام متعددة باستخدام مجال مغناطيسي واحد. تتحرك سلاسل الروبوت عن طريق الدوران ، مثل مروحة طويلة تشبه اللولب في خطوة مع مجال مغناطيسي خارجي دوار. لذلك ، كلما زاد دوران الحقل ، زادت سرعة دوران الروبوتات وأسرع تحركها. يعد نظام الدفع الديناميكي هذا أيضًا مفتاحًا لتقسيمها إلى أجزاء أقصر. عند معدل دوران معين ، تنقسم السلسلة الآلية إلى سلسلتين أصغر يمكنهما التحرك بشكل مستقل عن بعضهما البعض. قال تشانج: "لتفكيك السباح الدقيق ، قمنا ببساطة بزيادة وتيرة الدوران". "بالنسبة للسباحة الدقيقة المكونة من سبع حبات ، أظهرنا أنه من خلال زيادة التردد من 10 إلى 15 دورة ، فإن الضغط الهيدروديناميكي على السباح قد شوهه جسديًا عن طريق خلق تأثير التواء يؤدي إلى التفكيك إلى سباح مكون من ثلاث حبات وأربع حبات." بمجرد فصله ، يمكن ضبط الحقل للتعامل مع الروبوتات الثلاثة والأربع حبات للتحرك في اتجاهات مختلفة. نظرًا لأن الخرزات ممغنطة ، يمكن إعادة توصيلها في النهاية - ببساطة عن طريق تعديل المجال لإعادة ملامستها مرة أخرى على الجانب مع الشحنة المغناطيسية المقابلة. حدد الفريق أيضًا معدلات الدوران المثلى وزاوية الاقتراب لتسهيل إعادة ربط سلاسل السباحات الدقيقة. هذه النتيجة هي عنصر أساسي في مشروع أكبر تشارك فيه Drexel مع 10 مؤسسات للأبحاث والطب من جميع أنحاء العالم لتطوير هذه التقنية لإجراء جراحة طفيفة التوغل على الشرايين المسدودة. كتب المؤلفون: "بالنسبة لتطبيقات توصيل الأدوية والجراحة طفيفة التوغل ، يبقى العمل المستقبلي لإثبات أن التكوينات المجمعة المختلفة يمكن أن تحقق التنقل من خلال بيئات مختلفة في الجسم الحي ، ويمكن بناؤها لإنجاز مهام مختلفة أثناء الإجراءات الجراحية". "لكننا نعتقد أن الرؤية الآلية لعملية التجميع التي ناقشناها في هذا البحث ستساعد بشكل كبير الجهود المستقبلية في تطوير التكوينات القادرة على تحقيق هذه القدرات الحاسمة."
