Mini-Roboter schwimmen durch Blut und Augen


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Mini-Roboter: Schwimmt durch Körperflüssigkeit.

Das Max-Planck-Institut hat in Zusammenarbeit mit Forschern am Technion in Israel und an der TU Dortmund das Körper-U-Boot entwickelt. Ein Mikro-Roboter, der sich in menschlichen Körperflüssigkeiten, wie Blut oder Augenflüssigkeit, fortbewegen kann. Der muschelförmige Mini-Roboter könnte so direkt am Krankheitsherd zum Einsatz kommen.

Mikro- oder Nano-Roboter, die im menschlichen Körper direkt am Krankheitsherd tätig werden, könnten die Zukunft der Medizin sein. Beispielsweise könnten sie, direkt in den Augapfel injiziert, einen medizinischen Wirkstoff auf schnellstem Weg an einen bestimmten Punkt der Netzhaut bringen. Alternativ ist Gentherapie direkt an einer betroffenen Zelle denkbar. Forschern des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart unter Leitung von Peer Fischer ist es jetzt erstmals gelungen, einen Mikro-Roboter zu entwickeln, der die Voraussetzungen dafür erfüllt. Erstens: Er ist klein genug, um in den menschlichen Körper injiziert zu werden. Und zweitens, er kann sich selbstständig in Körperflüssigkeiten fortbewegen. Dabei benötigt er keine Batterie, ein externes Magnetfeld genügt.

Der Mini-Roboter hat die Form eine Muschel. Diese ist nur wenige hundert Mikrometer gross. Die Fortbewegung wird durch das Öffnen und Schliessen der beiden Muschelhälften bewerkstelligt. „Die Muschel ist ja nur wenige Male grösser, als ein menschliches Haar dick ist“, erklärt Peer Fischer, Leiter der Arbeitsgruppe „Mikro-, Nano- und Molekulare Systeme“. Deshalb sei eine Flüssigkeit wie Wasser für die Muschel in etwa so zäh wie für einen Menschen Honig oder gar Teer. In Wasser würde die Muschel daher nicht vorankommen – in Körperflüssigkeiten beziehungsweise den im Test verwendeten Modellflüssigkeiten aber schon. „Die meisten Körperflüssigkeiten haben die Eigenschaft, dass sich ihre Viskosität je nach Bewegungsgeschwindigkeit ändert“, so Fischer. „In Gelenkflüssigkeit zum Beispiel ordnen sich Hyaluronsäure-Moleküle im Ruhezustand zu netzwerkartigen Strukturen an, die für eine hohe Viskosität sorgen. Doch sobald sich etwas durch diese Flüssigkeit bewegt, bricht das Netzwerk auf – und das Fluid wird dünnflüssiger.“

Diesen Umstand machten sich die Forscher zunutze. Die Muschelschalen sind so konstruiert, dass sie sich viel schneller öffnen als schliessen. „Dieses zeitlich asymmetrische Bewegungsmuster führt dazu, dass die Flüssigkeit während des Öffnens dünnflüssiger ist als beim anschliessenden Schliessen“, erklärt Doktorand Tian Qiu vom Stuttgarter Team. Beim Öffnen kommt sie dadurch weiter vorn als beim Schliessen, netto bewegt sie sich vorwärts. Es sei das erste Mal überhaupt, dass sich ein künstliches Gebilde dieser Grössenordnung mit symmetrischen Bewegungszyklen in Flüssigkeiten fortbewegte, so Tian Qiu.

Das Szenario erinnert an den Science-Fiction-Film „Die phantastische Reise“ aus dem Jahr 1966, in dem ein U-Boot samt Besatzung verkleinert und in die Blutbahn eines Patienten injiziert wird, um eine Operation am Gehirn vorzunehmen. Obwohl dies auch in Zukunft Fiktion bleiben wird, ist sich Peer Fischer sicher, dass Mediziner „in absehbarer Zeit“ auf Mikro- und Nano-Roboter zugreifen werden. Der Vorteil liegt auf der Hand: Bestimmte medizinische Aufgaben könnten auf diesem Weg erfüllt werden, ohne dass ein grösserer operativer Eingriff nötig wird. (Quelle: Chip)



Kategorien:Wissenschaft

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