Honkongo mokslo ir technologijos universiteto (HKUST) inžinerijos mokyklos tyrėjų komanda sukūrė naujovišką magnetinio aktyvavimo platformą, leidžiančią vienu žingsniu formuoti į spermą panašius „mikrorobotus“, demonstruojančius puikų judrumą ir efektyvų veikimą. tikslaus vaisto pristatymo metu.
Spręsdama tradicinių mikrofluidinių prietaisų apribojimus apdorojant sudėtingas 3D struktūras, tyrimų grupė žymiai supaprastino šių mikrorobotų gamybos procedūrą, atverdama kelią perspektyvesniam šios technologijos pritaikymui biomedicinos srityje.
Tyrimas publikuojamas žurnale Gamtos komunikacijos. Mokslo asistentas profesorius dr. Yang Xiong ir buvęs doktorantas dr. Tan Rong, abu iš Elektronikos ir kompiuterių inžinerijos katedros, yra pirmieji autoriai.
Įrodyta, kad į spermą panašūs „mikrorobotai“ (taip pat žinomi kaip mikroplaukikai), skirti naršyti sudėtingose aplinkose, skirtose tiksliniam vaistų tiekimui ir minimaliai invazinėms operacijoms organizme, pasižymi didesniu plaukimo efektyvumu skystoje aplinkoje, palyginti su įprastiniais mikrofluidikai. Tačiau masiškai gaminant šiuos mikrorobotus ir užtikrinant efektyvų jų varymą bei kontroliuojamą vaistų išsiskyrimą, išlieka iššūkių.
Įkvėpta rajos, tam tikros jūros žuvies rūšies, spermos judrumo mechanizmo, tyrėjų grupė, vadovaujama Elektronikos ir kompiuterių inžinerijos katedros docento, profesoriaus Shen Yajing, pasiūlė vieno žingsnio polimorfinių spermatozoidų formavimo strategiją. – kaip mikroplaukikai, pagrįsti Vortex Turbulence-Assisted Microfluidics (VTAM) platforma, varoma išorinio magnetinio lauko.
Šie naujai suprojektuoti į spermą panašūs mikroplaukikai, turintys lanksčią uodegą, skirtą kontroliuojamam varymui, ir šerdies apvalkalo galvutę, užtikrinančią efektyvų vaistų įkėlimą, sėkmingai pasiekia efektyvų varymą skirtingo klampumo skysčių aplinkoje.
Komandos sukurta VTAM platforma sujungia tradicinį kryžiaus formos mikrofluidinį lustą su sūkurine talpa, suformuota iš besisukančios magnetinės maišyklės. Mikrofluidinis lustas generuoja monodispersinius magnetinio alginato lašelius, kurie per kapiliarus perkeliami į kalcio chlorido tirpalo sūkurinę talpyklą.
Sūkurio srauto veikiami lašeliai sprogo, atidengdami viduje esantį magnetinio alginato tirpalą ir ištraukdami jį sūkurio srauto kryptimi, sudarydami asimetrinę į spermą panašią struktūrą. Ištraukus uodegą, lašeliai sukietėja per milisekundes dėl kryžminio ryšio reakcijos su kalcio jonais kalcio chlorido tirpale.
Pagal šią strategiją paruošti mikroplaukikai turi biologiškai skaidomas šerdies apvalkalo galvutes ir lanksčias uodegas, kurių morfologiją galima reguliuoti sūkurio greičiu ir tirpalo koncentracija.
Siekdama dar labiau pagerinti šių naujų mikroplaukikų vaistų tiekimo efektyvumą, tyrėjų komanda padengė jų paviršių pH jautria membrana, leidžiančia lėtai ir kontroliuojamai išleisti vaistą skirtingose pH aplinkose.
Ši danga puikiai veikė įvairiomis aplinkos sąlygomis, o vaisto išsiskyrimas buvo žymiai geresnis nei be membranos. Komanda taip pat pristatė mikroplaukikus į biologiškai imituojančią aplinką ir išleido vaistus tam tikrose vietose, parodydama didžiulį šių mikroplaukikų potencialą biomedicinoje.
Prof. Shen sakė: „VTAM platforma suteikia patogią ir greitą sudėtingų 3D polimorfinių struktūrų gamybos strategiją, kurios tradiciniai laminariniai įrenginiai negali pasiekti. Siekdami praktinio pritaikymo, siekiame toliau optimizuoti procesą, kad būtų užtikrintas mikroplaukikų nuoseklumas ir veikimo stabilumas. Tikimės atlikti in vivo bandymus, kad patikrintume šių mikrorobotų veikimą klinikinėje aplinkoje.
„Šis tyrimas ne tik parodo bioninio dizaino potencialą biomedicinos inžinerijoje, bet ir siūlo naują kryptį būsimoms vaistų tiekimo sistemoms. Nuolat tobulėjant technologijoms, manoma, kad mūsų nauji į spermą panašūs mikrorobotai labiau prisidės prie žmonių sveikatos. artimiausioje ateityje“, – pridūrė jis.