Biomedizin Fertigung implantierbarer Mikroroboter aus biologischem Material

Einem amerikanischen Team von Wissenschaftlern ist gelungen, Mikroroboter sicher in den Körper zu verpflanzen. Die technische Besonderheit liegt in dem verwendeten biologischen Material „Hydrogel“.

Jahrzehntelang waren Ingenieure mit der Entwicklung des biologischen Stoffes, dem sogenannten Hydrogel, beschäftigt, welcher nun bei der neuesten Generation Mikroroboter zum Einsatz kommt. Mit dem Hydrogel können dreidimensionale und freibewegliche Einzelteile entworfen und zusammengesetzt werden, die dann in den Körper implantiert werden.

Federführend bei der Entwicklung war Sam Sia, Professor für Biomedizin & Entwicklung, mit seiner neuen Technologie „iMEMS“. „iMEMS“ steht für „implantable microelectromechanical systems“, also implantierbare mikroelektromechanische Systeme. Die Einsatzmöglichkeiten der hochvariablen Einzelteile reichen von Verteilern über Rotoren bis hin zu Pumpen und Systemen zur Arzneiverteilung.

Neben diesen breitgefächerten Einsatzmöglichkeiten stellt speziell die Steuerung nach der Implantation ein wichtiges Kriterium dar. Auf Batteriekapazitäten kann aufgrund magnetischer Kräfte gänzlich verzichtet werden. Möglich wird dies durch die Verwendung kleinster magnetischer Eisenteilchen.

Durch den Verzicht auf Batterien reduziert sich außerdem die Vergiftungsgefahr. Denn Batterien enthalten Giftstoffe, die nach der Implantation an den Körper abgegeben werden. Ergänzt wird die neue Methodik durch eine wesentlich ausgereiftere Nutzlast und Effizienz.

Auch bei der Chemotherapie wirkt sich die Methode positiv aus: Mittels der hochflexiblen Einzelteilen lässt sich eine medikamentöse Dosierung erzielen und muss nicht auf einmal verabreicht werden. Durch die gleichmäßige Abgabe von Doxorubicin über einen Zeitraum von maximal 10 Tagen, wird zeitgleich eine höhere Effizienz als auch eine geringere Vergiftung des Körpers erreicht.

Im Vergleich zur bisher bewährten Technik erzeugt das neue System nur noch ein Zehntel des Ausgangswertes an Vergiftungssymptomen. Erste nachweisbare Erfolge wurden bereits bei einem Test mit Mäusen erzielt. Hierbei verringerte das „iMEMS“-System den Tumorwuchs erheblich, bei zeitgleich geringeren Vergiftungserscheinungen.

Sia, der neben seiner Professorenstelle auch Mitglied des „Data Science Institutes“ ist, zeigt sich begeistert von „iMEMS“. Ihm zufolge besteht hierdurch die Möglichkeit, die Welt der Biomaterialen mit hochkomplexen medizinischen Geräten zu verknüpfen. Die größte Herausforderung während der Entwicklungsphase bestand in der Findung eines ausgewogenen Verhältnisses, zwischen Flexibilität und Stabilität bei den jeweiligen Einzelteilen. Die achtjährige Entwicklungsphase habe sich am Ende vollkommen ausbezahlt.

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Dieser Artikel ist erschienen auf www.elektronikpraxis.de.

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