Minuscoli robot in metallo e plastica
I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un metodo con cui possono produrre macchine di dimensioni micrometriche in cui diversi materiali sono intrecciati in modo complesso. Questi microrobot sono destinati a rivoluzionare un giorno la medicina.
Robot così piccoli da potersi muovere nei nostri vasi sanguigni e consegnare farmaci in punti specifici del corpo: questo è un obiettivo di ricerca che gli scienziati perseguono da anni. I ricercatori dell'ETH di Zurigo sono ora riusciti per la prima volta a costruire queste "micromacchine", fatte di metallo e plastica e in cui questi due materiali sono collegati tra loro come gli anelli di una catena, ad esempio. Ciò è possibile grazie a una nuova tecnica di produzione sviluppata.
"Metalli e polimeri hanno proprietà diverse, ed entrambi i materiali offrono vantaggi nella costruzione di micromacchine. Per poter sfruttare tutte queste proprietà allo stesso tempo, abbiamo voluto combinare i due materiali", spiega Carlos Alc?ntara, dottorando del gruppo di Salvador Pané presso l'Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti e uno dei due primi autori del lavoro. Di norma, le micromacchine vengono azionate dall'esterno del corpo utilizzando campi magnetici. Ciò richiede l'inserimento di parti metalliche magnetiche nelle micromacchine. I polimeri, invece, hanno il vantaggio di poter essere utilizzati per costruire parti morbide e mobili o parti che si dissolvono all'interno del corpo. Se i farmaci sono incorporati in questi polimeri dissolvibili, le sostanze attive possono essere rilasciate in modo mirato in determinate parti del corpo.
Metodo di produzione high-tech
Il nuovo metodo di produzione si basa sull'esperienza del professor Salvador Pané dell'ETH. Egli lavora da anni con una tecnica di stampa 3D ad alta precisione che può essere utilizzata per produrre oggetti complessi su scala micrometrica: la litografia 3D. Gli scienziati dell'ETH hanno utilizzato questa tecnica per produrre una sorta di stampo di fusione per le loro micromacchine. Queste ultime sono dotate di sottili canali che fungono da negativo e vengono riempite con il materiale appropriato.
Utilizzando la deposizione elettrochimica, gli ingegneri riempiono alcuni canali con metallo e altri con polimeri. Infine, lo stampo viene sciolto con dei solventi. "Siamo riusciti a sviluppare questo metodo perché ingegneri elettrici, meccanici, chimici e scienziati dei materiali lavorano a stretto contatto nel nostro gruppo interdisciplinare", spiega Fabian Landers. Fabian Landers, dottorando del gruppo di Pané, è anche il primo autore dell'articolo, pubblicato sulla rivista pagina esternaComunicazioni sulla natura è stato pubblicato.
Veicolo con ruote magnetiche
Per dimostrare la fattibilità delle micromacchine intrecciate, gli ingegneri dell'ETH hanno prodotto diversi minuscoli veicoli con telaio in plastica e ruote metalliche magnetiche che possono essere azionate da un campo magnetico rotante. Tra questi, quelli che possono muoversi su una superficie di vetro e altri che, a seconda del polimero utilizzato, possono galleggiare in un liquido o su una superficie liquida.
Gli scienziati svilupperanno ulteriormente le loro micromacchine a due componenti e sperimenteranno altri materiali. Cercheranno inoltre di produrre stampi e macchine più complessi, compresi quelli in grado di piegarsi e dispiegarsi. Oltre ai traghetti per la somministrazione di farmaci, le potenziali applicazioni future includono micromacchine che possono essere utilizzate per trattare aneurismi (vasi sanguigni rigonfi) o eseguire altre operazioni. Un altro obiettivo della ricerca è lo sviluppo di stent pieghevoli (supporti vascolari tubolari) che possono essere spostati nella posizione desiderata nel corpo utilizzando campi magnetici.
Letteratura di riferimento
Alc?ntara CCJ, Landers FC, Kim S, De Marco C, Ahmed D, Nelson BJ, Pané S: Mechanically Interlocked 3D Multi-Material Micromachines, Nature Communications, 24 novembre 2020, doi: pagina esterna10.1038/s41467-020-19725-6