精子にヒントを得て、3Dプリントされた水泳用マイクロロボットが人体に薬剤を届ける

この投稿は warrior bear によって 2021-9-26 21:01 に最後に編集されました。

コーネル大学の科学者たちは、人間の体内に治療薬を届けることができる水泳用マイクロロボットを開発した。研究者らは、細菌と精子からヒントを得た設計を採用した。この設計は、超音波を利用して体内を移動し、特定の部位に薬剤を送達するのに役立つ。これらの細胞サイズの「ロケット船」は、高周波音波によって駆動され、誘導されます。
△コーネル大学の科学者らが、超音波で誘導できる細胞サイズの水泳ロボットを開発した。人体の中を移動できる遠隔操作ロボットの開発は、電源を搭載できないこともあり、困難であることが判明している。コーネル大学の研究者たちは、微生物が自ら移動する仕組みを10年以上研究した後、ついに解決策を思いついた。
「細菌から癌細胞まで、微生物がどのように移動し、環境とコミュニケーションをとるかを私たちは長い間研究してきました」と、コーネル大学農学生命科学部の生物環境工学教授で、この研究の著者でもあるミンミン・ウー氏は声明で述べた。「その小さなサイズにもかかわらず、細菌や精子の動きをヒントにしたこれらの泳ぐマイクロロボットは、将来的に標的を絞った薬物送達のための強力な新ツールになるかもしれません。」
△走査型電子顕微鏡下の細胞サイズの遊泳ロボット。超音波で駆動・誘導可能。画像提供: コーネル大学まず研究者たちは、細菌が鞭毛と呼ばれる尾を使って自らを推進する方法を模倣したロボットを設計し、3Dプリントしようとした。しかし彼らの努力は失敗に終わった。主なハードルは、これらの小さなロボットに電力を供給する方法を見つけることです。ロボットが泳ぎ始める前に、エネルギーを供給する必要があります。
「細菌や精子は基本的に周囲の液体中の有機物を消費し、それが動力源として十分である。しかし、工学ロボットの場合、電池を搭載すると重すぎて動かせないので、これは難しい」とウー氏は言う。
有望な選択肢の 1 つは、高周波音波を使用することです。これは、食品医薬品局が臨床研究での使用が安全であるとみなしており、また、高周波音波は静かなので、実験室での実験に簡単に使用できるためです。研究者たちは、「昆虫とロケット船を合わせたような」三角形のマイクロロボット水泳機を開発した。最も重要な特徴は、疎水性樹脂によって水をはじく、背面にある一対の空洞です。
ロボットが水中に沈むと、泡が自動的に形成され、これらの空洞に閉じ込められます。超音波にさらされると、これらの泡は振動し始め、流れとしても知られる渦を作り出し、ロボットを前進させます。エンジニアたちはこれまでにも「シングルバブル」の水泳ロボットの開発に成功しているが、2つのバブルを備えたバージョンが開発されたのは今回が初めてだ。

研究者らによると、次の課題は、ロボットを生体適合性にして、同様の大きさの血液細胞を移動できるようにすることだ。また、生分解性素材で作られるため、一度に多数のロボットを派遣することが可能になる。受精には精子細胞が必要であるのと同様に、ロボットがタスクを実行するにはサイズが重要です。
ウー氏は次のように結論づけた。「薬物送達には、マイクロロボットの群れを作れば、途中で1匹が故障しても問題はありません。これが自然が生き残る方法であり、ある意味ではより堅牢なシステムです。小さいからといって弱いわけではなく、群れを倒すことはできないことはご存じでしょう。こうした自然にヒントを得たツールは、自然が機能することを証明しているため、通常、より持続可能であると感じています。」
この研究論文は「超音波で遠隔操作される生物学にヒントを得たマイクロロボット水泳選手」と題され、英国王立化学協会の学術誌「Lab on a Chip」に掲載されている。

関連論文リンク: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/LC/D1LC00575H

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