Лазерный мир

Ученые мечтают о биороботах, которые доставят лекарство в больные органы. В Городском университете Гонконга биоинженеры напечатали микроракету с тремя соплами. Новый микроробот оказался рекордно быстрым: преодолевает 2,8 миллиметра в секунду. Вооружившись фотоокустическим микроскопом, ученые проследили, как микроракета путешествует по резиновому сосуду с кровью, а потом — по ткани мышиного уха. О прорыве в науке рассказали в журнале Light: Science & Applications.

Ученые создают микророботов, которые быстро доставят лекарство в больное место или проведут диагностику внутри пораженного органа. То есть лекарство, которое плохо влияет на почки, но лечит легкие, смогут отправить сразу в легкие, а почки — миновать. Микророботов уже используют для доставки лекарств и лечения опухолей в желудке, кишечнике и подкожной ткани. Однако роботов хотят улучшить, в том числе сделать быстрее.

Микророботам сложно двигаться в крови, ведь она вязкая и быстротекущая. Все равно что паруснику плыть против течения. Относительнро быстро по крови путешествуют лишь микророботы с технологией химического движения. Однако их заправляют химическими веществами, которые для крови токсичны. Применять их можно в искусственных условиях, а на человеке – опасно. А вот магнитных микророботов считают безопасными. Ими гораздо легче управлять, но движутся они настолько медленно, что не справляются в потоке крови. Их опережают микророботы, которые передвигаются за счет света. Форма этих устройств ассиметрична, поэтому, когда микроробота облучают светом, с разных сторон он нагревается по-разному. Появляется эффект термофореза, то есть тело движется из горячей зоны туда, где прохладнее.

Для слежки за микророботом придумали метод фотоакустической томографии. Ли Дай Ван и его коллеги из Городского университета Гонконга напечатали микроракету с тремя соплами, чтобы увеличить эффективность движения на основе света. Микророботов отправили в модельные резиновые сосуды с глицерином и бычьей кровью, а также в ухо мыши, которой сделали анестезию. Оказалось, что ракета способна разогнаться до 2,8 миллиметра в секунду и вращаться со скоростью 138 градусов в секунду.

Ракету покрыли золотом, а лазерное излучение с длиной волны в 532 нанометра показало, где именно находится микроракета в сосуде. Попадая на микроракету, излучение вызывало акустические сигналы, которые, соприкасаясь с золотом, значительно изменялись. То есть был резкий контраст между сигналами, которые касаются микроракеты и самого сосуда.

Под лазерным излучением в 808 нанометров золото выделяло тепло. В основании микроракеты золота больше, поэтому основание нагрелось сильнее, это и вызвало термофорез. В 50-процентном растворе глицерина под излучением 808-нанометрового лазера микроракета за секунду преодолела 777,4 микрометра. 50-процентный раствор глицерина по вязкости (4,21 микропаскаль на секунду) близок к вязкости человеческой крови (3-4 микропаскаль на секунду). При увеличении мощности лазера с 1 ватта до 1,5 ватт средняя скорость микроробота стала больше: 2,8 миллиметра в секунду и за секунду проходила расстояние в 62 раза длиннее, чем сама микроракета.

Ученые опасались, что ткани сосуда в живом организме ослабят лазерное излучение, поэтому отправили микроракеты в ткань мышиного уха. Контраст был еще больше, то есть найти микроракету стало легче.

Источник: https://kp.ua/life/667495-byoynzhenery-sozdaly-raketu-kotoraia-puteshestvuet-po-krovenosnym-sosudam