Біоінженери Гонконгу створили ракету, яка подорожує по кровоносних судинах

У Міському університеті Гонконгу біоінженери надрукували мікроракети з трьома соплами. Новий мікроробот виявився рекордно швидким: долає 2,8 міліметра в секунду. Озброївшись фотоокустичним мікроскопом, вчені простежили, як мікроракета подорожує по гумовій судині з кров’ю, а потім – по тканині мишачого вуха. Про прорив в науці розповіли в журналі Light: Science & Applications.

Вчені створюють микророботів, які швидко доставлять ліки в хворе місце або проведуть діагностику всередині ураженого органу. Тобто ліки, яке погано впливають на нирки, але лікують легені, зможуть відправити відразу в легені, а нирки – минути. Мікророботів вже використовують для доставки ліків і лікування пухлин у шлунку, кишечнику і підшкірній тканині. Однак роботів хочуть поліпшити, в тому числі зробити швидше.

Мікророботу складно рухатися в крові, адже вона в’язка і швидкоплинна. Все одно що вітрильнику плисти проти течії. Відносно швидко по крові подорожують лише мікророботи з технологією хімічного руху. Однак їх заправляють хімічними речовинами, які для крові токсичні. Застосовувати їх можна в штучних умовах, а для людини – небезпечно. А ось магнітних микророботів вважають безпечними. Ними набагато легше керувати, але рухаються вони настільки повільно, що не справляються в потоці крові. Їх випереджають мікророботи, які пересуваються за рахунок світла. Форма цих пристроїв асиметрична, тому, коли мікроробота опромінюють світлом, з різних сторін він нагрівається по-різному. З’являється ефект термофорез, тобто тіло рухається з гарячою зони туди, де прохолодніше.

Для стеження за мікророботом придумали метод фотоакустичної томографії. Чи Дай Ван і його колеги з Міського університету Гонконгу надрукували мікроракети з трьома соплами, щоб збільшити ефективність руху на основі світла. Мікророботів відправили в модельні гумові судини з гліцерином і бичачою кров’ю, а також в вухо миші, якій зробили анестезію. Виявилося, що ракета здатна розігнатися до 2,8 міліметра в секунду і обертатися зі швидкістю 138 градусів в секунду.

Ракету покрили золотом, а лазерне випромінювання з довжиною хвилі в 532 нанометра показало, де саме знаходиться мікроракета в судині. Потрапляючи на мікроракету, випромінювання викликало акустичні сигнали, які, стикаючись із золотом, істотно змінювалися. Тобто був різкий контраст між сигналами, які стосуються мікроракети і самої судини.

Під лазерним випромінюванням в 808 нанометрів золото виділяло тепло. В основі мікроракети золота більше, тому вона нагрілася сильніше, це і викликало термофорез. У 50-процентному розчині гліцерину під випромінюванням 808-нанометрового лазера мікроракета за секунду подолала 777,4 мікрометра. 50-відсотковий розчин гліцерину по в’язкості (4,21 мікропаскаль на секунду) близький до в’язкості людської крові (3-4 мікропаскаль на секунду). При збільшенні потужності лазера з 1 вата до 1,5 ват середня швидкість мікроробота стала більше: 2,8 міліметра в секунду і за секунду проходила відстань в 62 рази довше, ніж сама мікроракета.

Вчені побоювалися, що тканини судини в живому організмі послаблять лазерне випромінювання, тому відправили мікроракети в тканину мишачого вуха. Контраст був ще більше, тобто знайти мікроракети стало легше.