Tief in die Augen geschaut
Mit Nanopropellern, die sie durch das dichte Glaskörpergewebe eines Auges steuerten, konnten Wissenschaftler erstmals Nanoroboter als Werkzeuge im Körper einsetzen.
Wissenschaftler der Forschungsgruppe Mikro-, Nano- und Molekulare Systeme am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart haben propellerförmige Nanoroboter entwickelt, die in der Lage sind, dichtes Körpergewebe wie den Glaskörper eines Auges zu durchbohren, wie sie in der Zeitschrift Science berichten. Bisher war es lediglich möglich, Mikroroboter durch Modellflüssigkeiten zu bewegen. Eines Tages sollen solche Roboter, so das Ziel, als minimal-invasive Werkzeuge etwa Medikamente im menschlichen Körper genau dorthin transportieren, wo sie gebraucht werden.
Eine Antihaftbeschichtung und eine schraubenartige Struktur ermöglichen es dem nur 500 Nanometer breiten Propeller, durch die enge molekulare Matrix der gelartigen Substanz im Glaskörper des Auges durchschlüpfen zu können. Kein leichtes Manöver, denn die Molekülmatrix wirkt wie eine Barriere und verhindert das Eindringen größerer Partikel und Strukturen, heißt es in einer Institutsmitteilung. Außerdem sorgten die chemischen Eigenschaften der Molekülmatrix dafür, dass Partikel in dem klebrigen Geflecht stecken blieben.
Inspiriert vom Vorbild der Natur
Die Lösung der Forscher war eine zweilagige Antihaftbeschichtung. Die erste Schicht besteht aus Molekülen, die an die Oberfläche andocken, während die zweite eine flüssige Beschichtung ist, welche die Haftung zwischen den Nanorobotern und dem umliegenden Gewebe verringert. "Bei der Beschichtung haben wir uns von der Natur inspirieren lassen", erklärt der Erstautor der Studie, Zhiguang Wu: "Wir trugen eine flüssige Schicht auf die Nanopropeller auf, wie sie bei der fleischfressenden Kannenpflanze (Nepenthes) vorkommt. Auf ihren Blättern, die als Fallgruben dienen, sorgt eine rutschige omniphobe Beschichtung dafür, dass Insekten ausrutschen und hineinfallen. So schlüpfrig wie die Teflonbeschichtung einer Bratpfanne. Ohne diese Schicht könnten wir den Roboter nicht durchs Auge steuern. Sie sorgt dafür, dass die Haftung zwischen dem Netz aus Molekülen im Glaskörper des Auges und der Oberfläche unserer Nanoroboter möglichst klein bleibt."
Magnetischer Antrieb
Bei der Herstellung der Nanopropeller bauen die Forscher Eisen ein, was es ihnen ermöglicht, die Gefährte von außen mit Hilfe von Magnetfeldern zum gewünschten Ziel zu steuern. Mit einer kleinen Nadel injizierten sie Zehntausende ihrer schraubenförmigen Roboter in den Glaskörper eines Auges. Mithilfe umliegender Magnetspulen, die die Nanopropeller drehen und damit nach vorne bewegen, schwammen die kleinen Propeller dann zielgerichtet zur Netzhaut, wo der Schwarm landete. Die Stuttgarter Wissenschaftler fertigen schon seit mehreren Jahren verschiedene Ausführungen von Nanorobotern mithilfe eines Fabrikationsprozesses, dessen Prinzip sie in einem Video verdeutlichen. Milliarden von Nanorobotern, so die Forscher, könnten so in nur wenigen Stunden hergestellt werden.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=XCTPWW7XSS0
Bildquelle: Wie Nanoroboter ins Auge injiziert werden. Copyright: MPI für intelligente Systeme
Originalartikel (EN): http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaat4388