Nuotare controcorrente con le onde sonore
I ricercatori dell'ETH sono tra i primi scienziati in grado di muovere microveicoli contro un flusso di liquido utilizzando gli ultrasuoni. In futuro, i minuscoli veicoli saranno utilizzati nel flusso sanguigno per rivoluzionare la medicina.
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Veicoli minuscoli, così piccoli da poter navigare nei nostri vasi sanguigni, dovrebbero in futuro consentire ai medici di effettuare biopsie all'interno del corpo, inserire stent o trasportare farmaci con precisione in punti difficili da raggiungere. Gli scienziati di tutto il mondo stanno attualmente ricercando e sviluppando questi microveicoli. Di solito vengono spinti e guidati da campi magnetici, acustici o dalla luce. Tuttavia, il movimento dei microveicoli contro un flusso di liquidi ha rappresentato finora una sfida importante. Ciò è necessario, tra l'altro, affinché le minuscole particelle possano navigare nei vasi sanguigni contro la direzione del flusso sanguigno. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato microveicoli che sono guidati da un campo esterno e possono nuotare contro corrente.
Nel loro esperimento di laboratorio, i ricercatori guidati da Daniel Ahmed e Bradley Nelson, professori del Dipartimento di ingegneria meccanica e dei processi dell'ETH di Zurigo, hanno utilizzato perle polimeriche magnetiche di ossido di ferro con un diametro di 3 micrometri. In un campo magnetico, queste si raggruppano per formare uno sciame con un diametro compreso tra 15 e 40 micrometri. Gli scienziati hanno studiato il comportamento di questo sciame di microsfere in un tubo di vetro sottile in cui scorreva del liquido. I tubi di vetro utilizzati avevano un diametro compreso tra 150 e 300 micrometri ed erano quindi di dimensioni simili ai vasi sanguigni di un tumore.
Per far risalire lo sciame di perline in questo tubo, i ricercatori dell'ETH hanno usato lo stesso trucco dei navigatori in un fiume: Questi ultimi remano controcorrente vicino alle rive. La velocità del flusso è inferiore rispetto al centro del fiume a causa della resistenza di attrito della riva.
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Utilizzando ultrasuoni di una frequenza specifica, gli scienziati hanno prima avvicinato lo sciame di microsfere alla parete del tubo. I ricercatori sono poi riusciti a spostare lo sciame contro la direzione del flusso utilizzando un campo magnetico rotante.
Successivamente, i ricercatori vogliono studiare il comportamento dei microveicoli nei vasi sanguigni degli animali. "Poiché sia le onde ultrasonore che i campi magnetici penetrano nel tessuto corporeo, il nostro metodo è adatto anche per guidare i microveicoli all'interno del corpo", afferma l'ETH professor Ahmed.
I futuri campi di applicazione includono la microchirurgia, come la disostruzione di vasi sanguigni ostruiti. Inoltre, un giorno i microveicoli potrebbero essere utilizzati per trasportare i farmaci antitumorali ai tumori Chi siamo e per introdurli nel tessuto tumorale. Infine, un altro campo di applicazione è l'introduzione di farmaci dai vasi sanguigni al tessuto cerebrale.
Riferimento alla letteratura
Ahmed D, Sukhov A, Hauri D, Rodrigue D, Maranta G, Harting J, Nelson BJ: Bioinspired acousto-magnetic microswarm robots with upstream motility, Nature Machine Intelligence, 11 gennaio 2021, doi: pagina esterna10.1038/s42256-020-00275-x