I RICERCATORI DELL’EPFL STAMPANO IN 3D UN IMPIANTO CUTANEO SU NANOSCALA TELECOMANDATO
Un team di ricercatori dell’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Losanna (EPFL) ha sviluppato un microdispositivo meccanico in grado di eseguire biopsia (raccolta di cellule) e somministrazione di farmaci quando impiantato nella pelle umana.
L’impianto, di soli pochi micron di larghezza, è alimentato da quello che viene chiamato un “micro motore acustico”, una pompa 3D nanostampata in idrogel. Il materiale biocompatibile ha la stessa rigidità della pelle umana e può essere attivato a distanza tramite ultrasuoni, eliminando la necessità di fili e cavi ingombranti che possono essere irrealizzabili su scale così piccole.
Siamo al punto in cui sono possibili sistemi meccanici capaci di controllo microfluidico e vediamo tali sistemi impiegati per molti dispositivi biomedicali in-vitro. Il problema è che molti di questi dispositivi si basano ancora su pompe e compressori ingombranti che richiedono il collegamento alle loro fonti di alimentazione. Fino ad ora una sfida importante è stata lo sviluppo di un sistema microfluidico telecomandato, che può “vagare liberamente” insieme al suo ospite in vivo.
Un dispositivo come questo sarebbe necessario per determinare tempi, durate e dosaggi precisi per la somministrazione del farmaco. In alternativa, potrebbe anche raccogliere piccoli volumi di fluidi e colture cellulari locali in modo non invasivo a fini diagnostici. Il telecomando è stato precedentemente ottenuto con piccole batterie e induzione magnetica, ma questi dispositivi sono ancora prodotti nella gamma dei centimetri. Con i limiti dell’attuale tecnologia di accumulo di energia, un’ulteriore miniaturizzazione richiede un assemblaggio completamente meccanico per sostituire qualsiasi elettronica, forse quella che utilizza la natura programmabile degli idrogel.
Il microdispositivo ad ultrasuoni
Utilizzando un sistema di litografia a due fotoni Nanoscribe , insieme ad alcune pesanti simulazioni computazionali, il team ha prodotto un dispositivo simile a un’astronave comprendente sei diversi motori. Il motore principale, il µjet, è responsabile del deposito e della raccolta di piccoli volumi di materia, mentre i cinque µthrusters circostanti consentono al dispositivo di ruotare nel suo fluido di sospensione come e quando necessario.
Usando la risonanza meccanica da diverse frequenze di ultrasuoni, i ricercatori possono controllare con attenzione quale dei motori viene azionato. Quando un motore è in funzione, spinge il dispositivo utilizzando il flusso di fluido che pompa.
Murat Kaynak, autore principale dello studio, afferma: “Abbiamo liberato la tecnologia della microfluidica dai suoi vincoli elettronici ed esterni. I dispositivi microfluidici possono ora essere iniettati nel tessuto umano e utilizzati per migliorare notevolmente l’analisi biochimica grazie alla sintonizzazione degli idrogel “.
Il team dell’EPFL ha scoperto che l’iniezione del dispositivo può essere eseguita con la minima invasività, ma la sua estrazione, con il suo pieno carico utile ancora intatto, si è dimostrata più difficile. Hanno in programma di passare da esperimenti in vitro a studi in vivo nel prossimo futuro.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Attuazione acustica indirizzabile di microsistemi robotici morbidi stampati in 3D “. È coautore di Murat Kaynak, Pietro Dirix e Mahmut Selman Saka r.
Le tecniche di nanofabbricazione hanno fatto molta strada nel corso degli anni. I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno recentemente sviluppato un nuovo fotoresist, un inchiostro da stampa per litografia a due fotoni , in grado di autoassemblarsi. Utilizzando anche una macchina Nanoscribe, il team ha utilizzato il suo nuovo materiale per stampare in 3D una sfera cava di Ulbricht di soli 800 micron di diametro. Con l’imaging SEM, è stato scoperto che la struttura era rivestita con cavità nella nanostruttura, mostrando un grande potenziale per le applicazioni microottiche.
Altrove, a Vienna, lo specialista di polimerizzazione UpNano ha recentemente lanciato una nuova tecnologia a due fotoni che utilizza un laser ad alta potenza . La parte serve ad accelerare il processo di stampa con risoluzioni su nanoscala e microscala su 12 ordini di grandezza, consentendo la fabbricazione di piccole parti fino al micrometro.
