I tessuti umani sperimentano una varietà di stimoli meccanici che possono influenzare la loro capacità di svolgere le loro funzioni fisiologiche, come proteggere gli organi dalle lesioni. L'applicazione controllata di tali stimoli ai tessuti viventi in vivo e in vitro si è ora dimostrata strumentale allo studio delle condizioni che portano alla malattia.

All'EPFL, Il team di ricerca di Selman Sakar ha sviluppato micromacchine in grado di stimolare meccanicamente cellule e microtessuti. Questi strumenti, che sono alimentati da muscoli artificiali delle dimensioni di una cellula, può svolgere complicati compiti di manipolazione in condizioni fisiologiche su scala microscopica.

Gli strumenti sono costituiti da microattuatori e dispositivi robotici morbidi attivati ​​in modalità wireless da raggi laser. Possono anche incorporare chip microfluidici, il che significa che possono essere utilizzati per eseguire test combinatori che comportano la stimolazione chimica e meccanica ad alto rendimento di una varietà di campioni biologici. Questa ricerca è stata pubblicata in Laboratorio su un chip .

Come i Lego

Gli scienziati hanno avuto l'idea dopo aver osservato il sistema locomotore in azione. "Volevamo creare un sistema modulare alimentato dalla contrazione di attuatori distribuiti e dalla deformazione di meccanismi cedevoli, "dice Sakar.

Il loro sistema prevede l'assemblaggio di vari componenti di idrogel, come se fossero mattoncini Lego, per formare uno scheletro conforme, e quindi creare connessioni polimeriche simili a tendini tra lo scheletro e i microattuatori. Combinando i mattoni e gli attuatori in modi diversi, gli scienziati possono creare una serie di complicate micromacchine.

"I nostri attuatori soft si contraggono in modo rapido ed efficiente quando vengono attivati ​​dalla luce nel vicino infrarosso. Quando l'intera rete di attuatori su nanoscala si contrae, tira i componenti del dispositivo circostante e alimenta il macchinario, "dice Berna Ozkale, l'autore principale dello studio.

Con questo metodo, gli scienziati sono in grado di attivare a distanza più microattuatori in posizioni specifiche, un approccio abile che produce risultati eccezionali. I microattuatori completano ogni ciclo di contrazione-rilassamento in millisecondi con grande sforzo.

Oltre alla sua utilità nella ricerca fondamentale, questa tecnologia offre anche applicazioni pratiche. Ad esempio, i medici potrebbero utilizzare questi dispositivi come minuscoli impianti medici per stimolare meccanicamente i tessuti o per attivare meccanismi per la somministrazione su richiesta di agenti biologici.