Bakterien als Vorbild

Propeller bringt Wirkstoffe ans Ziel APOTHEKE ADHOC, 25.01.2019 07:58 Uhr

Berlin - Natur als Vorbild: Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschulen (ETH) Zürich und Lausanne ist es gelungen, einen elastischen Mikroschwimmroboter zu entwickeln, der sich seiner Umgebung anpassen und so Arzneistoffe gezielt zum Wirkort transportieren kann. Die winzigen Roboter könnten künftig Medikamente zielgenau bis zum erkrankten Gewebe transportieren.

Die Wissenschaftler nahmen sich die Bewegung von Bakterien zum Vorbild. Ziel war es, mikroskopisch kleine künstliche Schwimmer zu entwickeln, die biologische Barrieren überwinden und sich durch Körperflüssigkeiten hindurch bewegen können, um so eine gezielte Therapie zu ermöglichen. Während lebende Zellen ihre Umgebung erfassen und sich anpassen können, fehlt den mechanischen Geräten diese Eigenschaft. Die Miniroboter sind jedoch intelligent, biokompatibel und besitzen eine hohe Flexibilität und lassen sich mittels elektromagnetischem Feld steuern.

„Die Natur hat eine Vielzahl von Mikroorganismen entwickelt, die ihre Form ändern, wenn sich ihre Umweltbedingungen ändern. Dieses Grundprinzip hat unser Mikroroboterdesign inspiriert “, sagt Bradley Nelson von der ETH Zürich. Die Roboter bestehen aus Hydrogel-Nanokompositen, diese enthalten magnetische Nanopartikel. Dadurch können sie in ihrer Bewegung mit einem magnetischen Controller gesteuert werden. Außerdem nutzen die Mikroroboter auch den Fluidstrom, um selbständig durch Hohlräume zu navigieren.

Die wenige Millimeter langen Wirkstofftransporter erinnern an ein flaches Band, das sich spiralförmig drehend durch verschiedene Flüssigkeiten fortbewegen kann. Die Spirale kann sich je nach Viskosität der Flüssigkeit ausweiten oder zusammenziehen, ohne dabei an Geschwindigkeit und Manövrierfähigkeit zu verlieren. Die programmierbaren selbstfaltenden Filme im Mikromaßstab sind nach dem Origigami-Prinzip aufgebaut. Die Forscher nutzen die Kirigami-Variante, um nachgiebige 3D-Mikrostrukturen aus einem weichem thermoresponsiven Gelkomposit zu entwicklen und zu falten. Dabei konzentrierten sich die Wissenschaftler auf drei verschiedene Kompositionen, die sie inspirierten – Caulobacter crescentus, Helicobacter pylori und Borrelia burgdorferi. Die Bakterien können dank ihrer rotierenden Propeller-artigen Organellen, den sogenannten Flagnellenfilamenten schwimmen. Die künstlichen Mikroschwimmer können diese Bewegung nachahmen, wenn das magnetische Moment senkrecht zur langen Achse steht.

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