Istraživački tim sa Fakulteta inženjerskih nauka Univerziteta nauke i tehnologije u Hong Kongu (HKUST) razvio je inovativnu platformu za magnetno aktiviranje koja omogućava formiranje „mikrorobota“ nalik spermi u jednom koraku, pokazujući odličnu pokretljivost i efikasne performanse. u preciznoj isporuci lekova.
Baveći se ograničenjima tradicionalnih mikrofluidnih uređaja u obradi sofisticiranih 3D struktura, istraživački tim je značajno pojednostavio proceduru proizvodnje ovih mikrorobota, utirući put obećavajućim primenama ove tehnologije u biomedicinskoj oblasti.
Studija je objavljena u časopisu Nature Communications. Docent za istraživanje dr Iang Ksiong i bivši postdoktorski saradnik dr Tan Rong, oboje sa Odeljenja za elektronsko i računarsko inženjerstvo, su prvi autori.
Dizajnirani da se kreću kroz složena okruženja za ciljanu isporuku lekova i minimalno invazivnu hirurgiju unutar tela, pokazalo se da „mikroroboti“ slični spermi (takođe poznati kao mikroplivači) nude veću efikasnost plivanja u tečnim sredinama u poređenju sa konvencionalnim mikrofluidima. Međutim, ostaju izazovi u masovnoj proizvodnji ovih mikrorobota i obezbeđivanju njihovog efikasnog pokretanja i kontrolisanog oslobađanja leka.
Inspirisan mehanizmom pokretljivosti sperme zraka, vrste morske ribe, istraživački tim na čelu sa prof. Shen Iajingom, vanrednim profesorom sa Katedre za elektronsko i računarsko inženjerstvo, predložio je strategiju formiranja polimorfne sperme u jednom koraku. -poput mikroplivača zasnovanih na platformi mikrofluidike potpomognute vrtložnim turbulencijama (VTAM) koju pokreće spoljno magnetno polje.
Sa fleksibilnim repom za kontrolisanje pokretanja i glavom jezgro-ljuska za efikasno punjenje lekom, ovi novo dizajnirani mikroplivači nalik spermi uspešno postižu efikasan pogon u fluidnim sredinama različite viskoznosti.
VTAM platforma koju je razvio tim kombinuje tradicionalni mikrofluidni čip u obliku krsta sa vorteks kontejnerom formiranim od rotirajuće magnetne mešalice. Mikrofluidni čip generiše monodisperzne magnetne kapljice alginata, koje se preko kapilara prenose u vorteks kontejner rastvora kalcijum hlorida.
Kapljice pucaju pod dejstvom vrtložnog toka, izlažući rastvor magnetnog alginata unutra i izvlačeći ga duž pravca vrtložnog toka, formirajući asimetričnu strukturu nalik spermi. Nakon što se rep izvuče, kapljice se učvršćuju u roku od milisekundi zbog reakcije umrežavanja sa jonima kalcijuma u rastvoru kalcijum hlorida.
Mikroplivači pripremljeni kroz ovu strategiju imaju biorazgradive glave jezgra-ljuske i fleksibilne repove, sa njihovom morfologijom podesivom kroz brzinu vrtloga i koncentraciju rastvora.
Da bi dodatno poboljšao performanse isporuke leka ovih novih mikroplivača, istraživački tim je obložio njihovu površinu membranom osetljivom na pH, omogućavajući sporo i kontrolisano oslobađanje leka u različitim pH okruženjima.
Ovaj premaz je pokazao odlične performanse u različitim uslovima životne sredine, sa znatno boljim efektima oslobađanja leka od onih bez membrane. Tim je takođe uveo mikroplivače u okruženje koje oponaša biologiju i pustio lekove na određenim lokacijama, pokazujući ogroman potencijal ovih mikroplivača u biomedicinskim primenama.
Prof. Shen je rekao: „VTAM platforma pruža praktičnu i brzu strategiju za proizvodnju složenih 3D polimorfnih struktura koje tradicionalni laminarni uređaji ne mogu postići. Težeći praktičnoj primeni, cilj nam je da dodatno optimizujemo proces kako bismo osigurali konzistentnost i stabilnost performansi mikroplivača Radujemo se sprovođenju in vivo testiranja kako bismo proverili performanse ovih mikrorobota u kliničkim okruženjima.
„Ovo istraživanje ne samo da pokazuje potencijal bioničkog dizajna u biomedicinskom inženjerstvu, već nudi i novi pravac za buduće sisteme za isporuku lekova. Uz kontinuirani tehnološki napredak, veruje se da će naši novi mikroroboti nalik spermi dati veći doprinos ljudskom zdravlju. u doglednoj budućnosti“, dodao je on.
