Piccoli dispositivi dal potenziale rivoluzionario

Un giorno, dopo il lavoro, Salvador Pané era seduto su un filobus a Zurigo. Era immerso nei suoi pensieri, ma all'improvviso l'autobus si fermò a causa di un guasto alla catenaria. Allora gli venne un'idea: "Perché non possiamo creare un micro-robot che generi energia elettrica in modalità wireless?" Il pensiero gli rimase impresso - con conseguenze: Il ricercatore dell'ETH e i suoi colleghi sono riusciti a produrre minuscole particelle che, da un lato, sono controllate con precisione dai campi magnetici e, dall'altro, generano campi elettrici.

Questo può sembrare relativamente poco spettacolare per i non addetti ai lavori, ma si tratta di una svolta. L'unicità sta nel fatto che una microstruttura non solo viene mossa da un'unica fonte di energia, ma è anche in grado di svolgere contemporaneamente un'altra funzione. Fino ad allora, queste funzioni erano normalmente possibili solo in modo indipendente l'una dall'altra. Pané e il suo team dell'Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti (IRIS) hanno pubblicato i risultati della loro ricerca sulla rivista scientifica Materials Horizons. I risultati potrebbero un giorno rivoluzionare la medicina.

Come gli strati di una lasagna

Il chimico Pané lavora da anni sui cosiddetti micro e nanorobot magnetoelettrici che vengono stimolati da campi elettromagnetici. Alcuni di questi materiali sono costituiti da diversi strati, ognuno dei quali mostra una reazione diversa al campo magnetico applicato. "Bisogna immaginarlo come una lasagna a due strati: Uno strato reagisce al campo deformandosi. Questi materiali sono magnetostrittivi", spiega Pané. "La deformazione mette sotto pressione il secondo strato, cosiddetto piezoelettrico, che genera un campo elettrico".

I ricercatori dell'ETH sfruttano questo effetto: hanno rivestito le microparticelle citate all'inizio con due diversi strati metallici di ferrite di cobalto (magnetostrittiva) e titanato di bario (piezoelettrica) su un lato - i due strati di lasagne: Dopo aver generato un campo magnetico intorno alle particelle, lo strato interno di ferrite di cobalto si espande, lo strato esterno di titanato di bario si deforma e genera un campo elettrico intorno alle microparticelle.

Portare i farmaci a destinazione

I microrobot prendono il nome dal dio romano Giano bicefalo perché sono composti da due metà diverse. Le particelle di Giano si muovono per mezzo di campi magnetici rotanti. Se il campo magnetico viene modificato, i microrobot generano un campo elettrico. Questo apre una vasta gamma di applicazioni, in particolare in medicina. "Potremmo, ad esempio, caricare i microrobot di farmaci e indirizzarli in modo specifico verso i tumori cancerosi del corpo, dove poi scaricheranno il loro carico utilizzando lo stimolo del campo elettrico generato", spiega Pané. "Questo potrebbe praticamente eliminare gli effetti collaterali dei farmaci antitumorali, perché vengono attaccate solo le cellule cancerose. Ma anche altre applicazioni, come la stimolazione elettrica wireless delle cellule, potrebbero avere un impatto rivoluzionario sulla medicina rigenerativa.

Tenere d'occhio la corrosione

Tuttavia, prima che i microrobot possano essere effettivamente utilizzati come mezzo di trasporto dei farmaci, ci sono molte domande in apertura da risolvere. Ad esempio, non è ancora chiaro quale sia la struttura più efficiente o la combinazione di materiali con le migliori proprietà magnetoelettriche. Inoltre, i microrobot devono essere testati per verificarne la compatibilità con il corpo umano. "Sono quindi necessari molti esperimenti", afferma Pané. Cita la corrosione come esempio: "Spesso viene trascurata in questa gamma di micro e nano dispositivi, ma deve essere studiata in dettaglio". La corrosione può non solo compromettere il funzionamento di un dispositivo, ma anche causare contaminazione.

"Dobbiamo quindi osservare attentamente se vogliamo portare una tecnologia a un'applicazione medica", sottolinea il ricercatore. Nello sviluppo di micro e nanorobot, il suo team non si concentra quindi solo sulla fattibilità tecnica, ma studia anche la compatibilità, la tossicità e l'efficienza dei robot. Pané è convinto che un giorno i microrobot avranno il potenziale per dare un contributo importante nel campo della biomedicina. Sarebbe la meta (provvisoria) di un viaggio iniziato su un filobus di Zurigo.