Новый метод визуализации позволяет увидеть крошечных роботов в организме
Микророботы способны совершить революцию в медицине. Исследователи из Центра обучающихся систем Макса Планка и ETH впервые разработали метод визуализации, который распознает микророботов размером с клетку индивидуально и с высоким разрешением в живом организме.
Для безопасного выполнения медицинских вмешательств таким роботам необходимо быть не больше биологической клетки (средний диаметр 25 мкм), чтобы проходить через мельчайшие кровеносные сосуды — капилляры (8 мкм). Однако их малый размер делал их невидимыми для глаза и ранее не обнаруживаемыми технически при циркуляции в теле.
Впервые отслежены циркулирующие микророботы
"Без визуализации микроробототехника по сути слепа", — отмечает профессор Даниэль Разански. Высокорезолюционное изображение в реальном времени необходимо для обнаружения, контроля и проверки выполнения задач.
В исследовании, опубликованном в Science Advances, команда впервые четко обнаружила и отследила в реальном времени крошечных роботов размером от 5 до 20 мкм в сосудах мозга мышей с помощью неинвазивной методики. Самые маленькие роботы (~5 мкм) сравнимы с эритроцитами (7–8 мкм), что позволяет им проходить через тончайшие капилляры.
Для обнаружения использовалась специальная оптоакустическая томография. Метод основан на излучении света, его поглощении тканью и последующей регистрации возникающих ультразвуковых волн для создания высокодетальных объемных изображений. Это позволяет "видеть" роботов в глубоких и труднодоступных областях тела.
Роботы Януса с золотым слоем
Для контраста использовались сферические кремниевые микророботы с Янус-покрытием: одна полусфера покрыта никелем, другая — золотом.
- Золото служит отличным контрастным агентом для оптоакустической визуализации, усиливая сигнал.
- Никель выступает в качестве магнитного привода — роботов тянули простым постоянным магнитом.
- Золотое покрытие также помогает снизить цитотоксический эффект никеля, что важно для будущей биосовместимости.
В качестве альтернативного контрастного агента тестировались нанолипосомы с флуоресцентным красителем. Их преимущество — возможность загрузки лекарственными средствами для целевой доставки.
Исследование фокусировалось на визуализации. В последующих работах планируется испытать более сложное управление с помощью вращающихся магнитных полей для точного контроля движения роботов в потоке крови.