Μικρο-ρομπότ με φυσαλίδες: Το μέλλον των ενέσεων χωρίς βελόνες;

Η ιδέα ότι οι ενέσεις μπορεί κάποτε να γίνονται χωρίς βελόνες φαντάζει σαν σενάριο επιστημονικής φαντασίας, ωστόσο, μια πρωτοποριακή συνεργασία ερευνητών από τις ΗΠΑ και την Κίνα φέρνει αυτό το μέλλον πιο κοντά. Οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια νέα τεχνολογία που αξιοποιεί τη δύναμη της κατάρρευσης μικροσκοπικών φυσαλίδων σε υγρά, για να κινεί μικρο-ρομπότ. Αυτά τα ρομπότ, σε μελλοντικές εφαρμογές, θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τη χρήση παραδοσιακών βελόνων στην ιατρική, μειώνοντας τον πόνο και τον κίνδυνο μόλυνσης.

Η τεχνολογία βασίζεται στο φαινόμενο της σπηλαίωσης, που συνήθως συνδέεται με καταστροφές, όπως φθορές σε προπέλες πλοίων ή σε αντλίες. Σε αυτήν την περίπτωση, όμως, η σπηλαίωση μετατράπηκε από πρόβλημα σε πηγή ενέργειας. Χάρη στη χρήση laser που θερμαίνουν φωτοευαίσθητα υλικά, δημιουργούνται φυσαλίδες οι οποίες επεκτείνονται μέχρι το όριό τους και στη συνέχεια καταρρέουν εκρηκτικά. Η κατάρρευση αυτή απελευθερώνει ένα ισχυρό κύμα που μπορεί να «εκτοξεύσει» μικροσκοπικές συσκευές ύψους ενός χιλιοστού έως και ενάμιση μέτρου στον αέρα ή να τις κινήσει μέσα σε υγρό με ταχύτητες που φτάνουν τα 12 μέτρα το δευτερόλεπτο.

Η φύση αποτέλεσε έμπνευση για τους επιστήμονες. Παρατήρησαν, για παράδειγμα, πώς τα φτέρνα απελευθερώνουν σπόρια ή πώς τα ψάρια archer εκτοξεύουν πίδακες νερού για να χτυπήσουν έντομα. Τέτοιου είδους μηχανισμοί ταχείας και εκρηκτικής κίνησης αντιγράφηκαν για να ελεγχθεί η κατεύθυνση και η δύναμη της φυσαλίδας. Έτσι, τα μικρο-ρομπότ μπορούν να κινηθούν σε πολύπλοκα περιβάλλοντα, όπως λαβύρινθοι ή μικρο-κανάλια γεμάτα υγρά.

Εδώ έρχεται η πιθανή επανάσταση για την ιατρική. Χάρη στη νέα τεχνολογία, ανοίγει ο δρόμος για εφαρμογές όπου η διείσδυση στο ανθρώπινο σώμα γίνεται χωρίς βελόνες. Αυτό σημαίνει ανώδυνη χορήγηση φαρμάκων και ταυτόχρονα μείωση του κινδύνου μολύνσεων. Ακόμη περισσότερο, τα μικρο-ρομπότ θα μπορούσαν να κατευθύνουν φάρμακα με ακρίβεια προς συγκεκριμένους στόχους, όπως ένας όγκος, χωρίς να επηρεάζονται υγιείς ιστοί. Σε σχέση με άλλες μεθόδους μικρο-ρομποτικής, που συχνά βασίζονται σε μαγνητικά πεδία ή χημικά καύσιμα δύσκολα ελεγχόμενα μέσα στο σώμα, η σπηλαίωση φαίνεται να αποτελεί μια απλούστερη και πιο αποτελεσματική λύση, αφού δεν απαιτεί κινούμενα μέρη.

Πέρα από τον χώρο της ιατρικής, οι επιστήμονες βλέπουν προοπτικές και σε άλλους τομείς. Τα μικρό-ρομπότ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εξερεύνηση υγρών επιφανειών, τη διάγνωση προβλημάτων σε σωληνώσεις ή μηχανήματα, αλλά και για μελέτες σε πολύπλοκα βιολογικά συστήματα. Στα εργαστηριακά πειράματα, τα ρομπότ απέδειξαν ότι μπορούν να κινηθούν ακόμα και σε υγρά με ιδιότητες παρόμοιες με αυτές του αίματος, ανοίγοντας τον δρόμο για εφαρμογές σε έρευνα κυττάρων ή σε ακριβείς χειρουργικές επεμβάσεις.

Ωστόσο, η αισιοδοξία πρέπει να συνοδεύεται από προσοχή. Ο έλεγχος της σπηλαίωσης μέσα στο ανθρώπινο σώμα είναι μια εξαιρετικά λεπτή διαδικασία. Το παραμικρό λάθος θα μπορούσε να προκαλέσει βλάβες στους γύρω ιστούς. Επίσης, υπάρχει το εμπόδιο της διείσδυσης του laser στους ιστούς, κάτι που σήμερα είναι περιορισμένο. Οι ερευνητές εξετάζουν εναλλακτικές, όπως η χρήση οπτικών ινών ή ακτίνων υπερύθρων, που μπορούν να φτάσουν βαθύτερα στο σώμα χωρίς να προκαλούν ανεπιθύμητες αντιδράσεις.

Άλλο ένα σημαντικό εμπόδιο είναι η ασφάλεια των υλικών που χρησιμοποιούνται. Τα πειράματα μέχρι τώρα βασίστηκαν σε ενώσεις τιτανίου και αγώγιμα πολυμερή. Πριν περάσουμε σε δοκιμές σε ζώα ή ανθρώπους, πρέπει να αποδειχθεί ότι αυτά τα υλικά είναι βιοσυμβατά και δεν προκαλούν τοξικές αντιδράσεις.

Παρά τις προκλήσεις, η μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science δείχνει έναν νέο δρόμο για την τεχνολογία μικρο-ρομπότ. Δεν είναι ακόμη η στιγμή που θα δούμε τα νοσοκομεία να αντικαθιστούν τις παραδοσιακές βελόνες με ρομπότ-φυσαλίδες, αλλά η κατεύθυνση είναι ξεκάθαρη. Οι εφαρμογές που μπορεί να φέρει η τεχνολογία αυτή, από την ανώδυνη χορήγηση φαρμάκων μέχρι την εξερεύνηση δύσβατων βιολογικών περιβαλλόντων, κάνουν τους ειδικούς να πιστεύουν ότι βρισκόμαστε μπροστά σε ένα νέο κεφάλαιο της ιατρικής και της μηχανικής.

Το στοίχημα τώρα είναι η ασφάλεια και η πρακτική εφαρμογή. Αν οι επιστήμονες καταφέρουν να λύσουν τα ζητήματα που παραμένουν, δεν αποκλείεται στο μέλλον να πούμε οριστικά αντίο στις βελόνες – και να καλωσορίσουμε μια νέα γενιά μικροσκοπικών ρομπότ που θα κινούνται με τη δύναμη μιας απλής φυσαλίδας.

[via]