Het ontwikkelen van een nieuwe generatie kunstmatige spieren en zachte nanorobots voor medicijnafgifte zijn enkele van de langetermijndoelen van 4D-BIOMAP, een ERC-onderzoeksproject dat wordt uitgevoerd door de Universidad Carlos III de Madrid (UC3M). Dit project ontwikkelt transversale bio-magneto-mechanische methodologieën om biologische processen zoals celmigratie en proliferatie te stimuleren en te controleren, de elektrofysiologische reactie van het organisme, en de oorsprong en ontwikkeling van pathologieën van zacht weefsel.

"Het overkoepelende idee van dit onderzoeksproject is om verschillende biologische processen op cellulair niveau (d.w.z. wond genezen, hersensynapsen of reacties van het zenuwstelsel) door tijdige technische toepassingen te ontwikkelen, " legt de hoofdonderzoeker van 4D-BIOMAP uit, Daniel García González van de afdeling continuümmechanica en structurele analyse van de UC3M.

De zogenaamde magneto-actieve polymeren brengen een revolutie teweeg op het gebied van vaste mechanica en materiaalwetenschap. Deze composieten bestaan ​​uit een polymere matrix (d.w.z. een elastomeer) dat magnetische deeltjes bevat (d.w.z. ijzer) die mechanisch reageren door hun vorm en volume te veranderen. "Het idee is dat de toepassing van een extern magnetisch veld leidt tot interne krachten in het materiaal. Deze krachten resulteren in veranderingen van de mechanische eigenschappen, zoals stijfheid of zelfs vorm- en volumeveranderingen die kunnen interageren met de cellulaire systemen'", legt Daniel García González uit. De onderzoeker heeft onlangs een wetenschappelijk artikel gepubliceerd in Composites Part B:Engineering over dit onderwerp met zijn collega's van de afdeling structurele analyse van de UC3M en de afdeling Bioengineering and Aerospace Engineering. In deze transversale samenwerking gemotiveerd door originele experimenten, ze stellen een model voor dat theoretische richtlijnen biedt voor het ontwerpen van magneto-actieve structurele systemen die kunnen worden toegepast bij stimulatie van epitheliale wondgenezing.

De magneto-mechanische respons wordt bepaald door de materiaaleigenschappen van de polymere matrix en magnetische deeltjes. Als deze processen worden gecontroleerd, andere technische toepassingen kunnen worden ontwikkeld, zoals zachte robots die kunnen interageren met het lichaam of een nieuwe generatie kunstmatige spieren, merkt de onderzoeker op, die het potentieel van deze technologie met een vergelijking uitlegt:"Stel je iemand voor die op het strand is en snel naar voren wil stappen. Echter, het zand (de mechanische omgeving) maakt het voor hen iets moeilijker om vooruit te komen dan wanneer ze op asfalt of een atletiekbaan zouden staan. evenzo, in ons geval, als een cel op een te zacht substraat staat, het zal het moeilijker maken om te bewegen. Dus, als we in plaats daarvan deze substraten kunnen veranderen en deze atletische baan voor cellen kunnen creëren, we zullen al deze processen efficiënter laten verlopen."

4D-BIOMAP (Biomechanical Stimulation based on 4D Printed Magneto-Active Polymer) is een vijfjarig project gefinancierd met 1,5 miljoen euro door de European Research Council via een ERC Starting Grant binnen het kaderprogramma voor onderzoek en innovatie, Horizon 2020 (GA 947723). Dit onderzoeksproject wordt benaderd vanuit een multidisciplinair perspectief, met kennis uit disciplines als solide mechanica, magnetisme, en bio-engineering. Naast dit, rekenkundig, experimenteel, en theoretische methodieken worden gecombineerd.