Un equipo de investigadores de la Universidad de Waterloo ha creado materiales inteligentes y avanzados que serán los componentes básicos de una futura generación de microrobots médicos blandos. Publicaron sus resultados en Nature Communications.
Estos pequeños robots tienen el potencial de realizar procedimientos médicos, como biopsias y transporte de células y tejidos, de forma mínimamente invasiva. Pueden moverse a través de entornos confinados e inundados, como el cuerpo humano, y entregar cargas delicadas y ligeras, como células o tejidos, a una posición objetivo.
Los diminutos robots blandos miden como máximo un centímetro de largo y son biocompatibles y no tóxicos. Los robots están hechos de compuestos de hidrogel avanzados que incluyen nanopartículas de celulosa sostenibles derivadas de plantas.
Esta investigación, dirigida por Hamed Shahsavan, profesor del Departamento de Ingeniería Química, presenta un enfoque holístico para el diseño, síntesis, fabricación y manipulación de microrobots. El hidrogel utilizado en este trabajo cambia de forma cuando se expone a estimulación química externa. La capacidad de orientar nanopartículas de celulosa a voluntad permite a los investigadores programar dicho cambio de forma, lo cual es crucial para la fabricación de robots blandos funcionales.
"En mi grupo de investigación, estamos uniendo lo viejo y lo nuevo", dijo Shahsavan, director de Materiales Inteligentes para Tecnologías Robóticas Avanzadas (SMART-Lab). "Presentamos microrobots emergentes aprovechando la materia blanda tradicional como hidrogeles, cristales líquidos y coloides".
El otro componente único de este material inteligente avanzado es que es autorreparable, lo que permite programar una amplia gama de formas de robots. Los investigadores pueden cortar el material y pegarlo nuevamente sin usar pegamento u otros adhesivos para formar diferentes formas para diferentes procedimientos.
El material se puede modificar aún más con un magnetismo que facilite el movimiento de robots blandos a través del cuerpo humano. Como prueba del concepto de cómo el robot maniobraría a través del cuerpo, los investigadores movieron el pequeño robot a través de un laberinto controlando su movimiento mediante un campo magnético.
"Los ingenieros químicos desempeñan un papel fundamental a la hora de ampliar las fronteras de la investigación en microrrobótica médica", dijo Shahsavan. "Curiosamente, abordar los numerosos y grandes desafíos de la microrrobótica requiere el conjunto de habilidades y conocimientos que poseen los ingenieros químicos, incluida la transferencia de calor y masa, la mecánica de fluidos, la ingeniería de reacciones, los polímeros, la ciencia de la materia blanda y los sistemas bioquímicos. Por lo tanto, estamos en una posición única para introducir innovaciones vías en este campo emergente."
El siguiente paso en esta investigación es reducir el robot a escalas submilimétricas.
El grupo de investigación de Shahsavan colaboró con Tizazu Mekonnen, profesor del Departamento de Ingeniería Química de Waterloo, la profesora Shirley Tang, decana asociada de Ciencias (Investigación) y Amirreza Aghakhani, profesor de la Universidad de Stuttgart en Alemania.
Más información: Rasool Nasseri et al, Nanocompuestos programables de nanocristales de celulosa e hidrogeles zwitteriónicos para robótica blanda, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41874-7
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Waterloo
