Uneltele mici nu sunt jucării

Cercetătorii au creat unelte metalice de dimensiuni milimetrice care se contorsionează la comandă, se închid sau se deschid ca răspuns la indicații chimice specifice. Dispozitivele inteligente, descrise online pe 17 septembrie în Jurnalul Societății Americane de Chimiepoate fi folosit într-o zi pentru a biopsia un ficat, a sprijini deschiderea unei artere sau pentru a livra medicamente la un loc țintă.

Chiar și uneltele mici au nevoie de o sursă de energie – un pachet de baterii sau fire electrice – dar asta adaugă un volum nedorit, spune liderul studiului David Gracias de la Universitatea Johns Hopkins din Baltimore. Cu toate acestea, natura este plină de minimachine: mușchii se contractă, frunzele se îndreaptă spre soare, o capcană pentru muște Venus se închide. „În natură și în noi, acestea răspund la chimie”, spune Gracias.

A fost nevoie de ceva pentru a face dispozitive care să poată răspunde la substanțele chimice în momentul și locul potrivit, dar care să fie încă prietenoase în interiorul corpului. Gracias și echipa sa au început cu plachete subțiri de siliciu și le-au acoperit cu straturi de crom, nichel și aur. Folosind o versiune de înaltă tehnologie a unui șablon, cercetătorii au modelat straturile de metal în părți care arată ca o floare sau palma deschisă a mâinii. Au adăugat balamale pentru ca mâna deschisă să se poată închide.

Apoi au adăugat straturi de polimeri ecologici care se descompun în prezența enzimelor. Prin stratificarea corectă a acestor polimeri, cercetătorii i-ar putea degrada selectiv, determinând clema să se închidă sau să se deschidă.

Un polimer a fost derivat din colagen, țesutul conjunctiv care ține o mare parte din corp împreună. Celălalt era derivat din celuloză, substanța pereților celulelor vegetale.

Atât colagenul, cât și celuloza sunt mestecate de enzime specifice. Celulazele, care sunt produse de ciuperci și bacterii, distrug celuloza și permit termitelor să mestece prin lemn.

Proteazele, care descompun carnea din stomacul uman, desfac colagenul. Anumite tumori sunt fabrici de proteaze, spune Gracias, ridicând posibilitatea ca minimachinele să fie proiectate să se declanșeze automat la atingerea țesutului bolnav.

„Este o muncă foarte creativă”, spune inginerul biomedical Kam Leong de la Universitatea Duke din Durham, NC, care nu a făcut parte din cercetare. „Dovada principiului este fascinantă.”

Pentru a-și testa clemele, echipa a făcut niște măruntaie false din rășină și a încorporat niște țesut de ficat de pasăre greu de atins în interior. Folosind un magnet, au pilotat clemele prin canalul biliar fals și în ficat. Apoi au adăugat celulază cu o seringă. Gripperul s-a închis în jurul fragmentului de țesut de pasăre. Apoi echipa a pilotat clemele înapoi cu un magnet, după ce a efectuat o versiune brută a unei biopsii.

De asemenea, dispozitivele de prindere au preluat o mică mărgele din tractul digestiv al modelului lor și l-au livrat la ficat.

Este mult de făcut înainte ca minitolele să fie folosite în corpuri reale pentru probleme reale, spune Leong. „Testul final va fi in vivo, dar aceasta este o contribuție importantă.”