Een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van professor Hongsoo Choi, Directeur van DGIST-ETH Microrobot Research Center, heeft microrobots van het capsuletype ontwikkeld die cellen en medicijnen kunnen inkapselen en afleveren aan gerichte delen van het menselijk lichaam. In tegenstelling tot conventionele methoden die cellen of medicijnen buiten microrobots installeren, de deksels van deze microrobots kunnen open en gesloten worden.

Professor Choi heeft microrobots van het capsuletype voorgesteld door gebruik te maken van een capsulestructuur die cellen en medicijnen kan inkapselen en een voortstuwingssysteem dat bacteriën nabootst door een gezamenlijk onderzoek met het onderzoeksteam van professor Cheil Moon van het Department of Brain and Cognitive Sciences en professor Bradley J. Nelson's onderzoeksteam van de Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, Zwitserland (Zwitsers Federaal Instituut voor Technologie Zürich).

De ontwikkeling van nieuwe technologieën in de zorgmarkt en medische hulpmiddelen gaat wereldwijd in een stroomversnelling, en onderzoek op het gebied van hightech medische robotica, zoals microrobots die medicijnen of cellen kunnen afleveren aan gewenste delen van het lichaam, is actief aan de gang.

Tot nu, de meeste microrobots voor cel- en medicijnafgifte zijn op verschillende manieren op het buitenoppervlak van de robots gemonteerd; zijn gefabriceerd tot een mengsel van biologisch afbreekbare materialen van cellen of medicijnen die vrijkwamen toen de biologisch afbreekbare materialen werden ontmanteld; zijn ontwikkeld in de vorm van magnetische deeltjes voor cel- en medicijnafgifte. De beperkingen van dit soort robots zijn dat cellen en medicijnen verloren kunnen gaan door externe omgevingen wanneer de robots in het menselijk lichaam worden bediend.

Om deze beperkingen te overwinnen, de onderzoekers ontwikkelden microrobots van het capsuletype door een kapachtige structuur te combineren die het openen en sluiten in de kop van microrobots mogelijk maakt en cellen of medicijnen inkapselt en een voortstuwingssysteem dat de beweging van de staart van bacteriën nabootst.

Uit technologieën voor micro-elektromechanische systemen (MEMS), het onderzoeksteam ontwikkelde een driedimensionale polymeerstructuur met behulp van een driedimensionaal laserlithografiesysteem. In aanvulling, nikkel (Ni), wat een magnetisch materiaal is, en titaan (Ti), dat een biocompatibel materiaal is, werden afgezet op het oppervlak van de microrobots van het capsuletype, zodat ze konden worden bediend door een extern magnetisch veld.

In een experiment met microrobots van het capsuletype die magnetische velden gebruiken, deeltjes van tientallen micrometers (㎛, een miljoenste van een meter) werden overgebracht met een 'pick-and-drop-beweging'. In aanvulling, experimenten met biologische compatibiliteit, die levende cellen op de juiste locatie afleverde door echte olfactorische receptorneuronen (ORN) in te kapselen, succesvol zijn afgerond.

De microrobots van het capsuletype die door het onderzoeksteam zijn ontwikkeld, kunnen cellen of medicijnen bevatten en deze op elke doellocatie vrijgeven met behulp van de vortex van vloeistof; dus, ze kunnen het verlies van cellen of medicijnen in de externe omgeving minimaliseren en zo de juiste volumes leveren. De verwachting is dat deze bevinding kan worden gebruikt om ziekten zoals degeneratie van het netvlies te behandelen door te kunnen manoeuvreren in vloeistoffen met een lage stroomsnelheid in het menselijk lichaam, zoals de ogen en de hersenen.

Professor Choi zei:"Met het gebruik van microrobots van het capsuletype, cellen en medicijnen kunnen worden ingekapseld en vrijgegeven op gewenste locaties, zo kan verlies en denaturatie van cellen en medicijnen door de externe omgeving worden voorkomen. We zullen in de toekomst verder onderzoek doen om verschillende medische toepassingen aan te bieden."

In de tussentijd, dit onderzoeksresultaat werd gepubliceerd als het hoofdartikel in het nummer van Advanced Health Care Materials van 9 mei, een internationaal tijdschrift op het gebied van biomaterialen; het onderzoek is uitgevoerd met steun van het Koreaanse Ministerie van Wetenschap en ICT en het Koreaanse Ministerie van Handel, Industrie, en Energie.