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Zielgerichtete Therapie
Intelligente Mikrofische als Transportmittel
Remagen - 14.09.2015, 12:55 Uhr
Ein Fluoreszenzbild der Mikrofische. (Bild: W. Zhu, J. Li/UC San Diego Jacobs School of Engineering)
Nanoingenieure von der University of California in San Diego haben eine innovative 3D-Drucktechnik entwickelt, mit deren Hilfe Fisch-förmige Mehrzweck-Mikroroboter hergestellt werden können. Die Mikrofische bewegen sich in Wasserstoffperoxid-haltigen Lösungen effizient fort und werden magnetisch gesteuert. Als neue Generation von „intelligenten“ Mikrorobotern wecken sie nach Einschätzung der Forscher große Hoffnungen, denn sie könnten für verschiedene Funktionen wie zur Entgiftung, zur Erkundung oder auch für die gezielte Arzneimittelabgabe eingesetzt werden. Die Neuentwicklung wurde in der Zeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht.
Wie die Wissenschaftler in einer Mitteilung auf der Website ihrer Universität darlegen, bietet die zur Herstellung der Mikrofische genutzte Technik zahlreiche Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Methoden. Die meisten bisherigen Mikroroboter können keine anspruchsvolleren Aufgaben durchführen, denn sie bestehen aus homogenen anorganischen Materialien und besitzen einfache Designs, wie sphärische oder zylindrische Formen.
Die völlig neue Methode liefert jedoch komplexe geometrische Strukturen, und zwar in einer Größenordnung, die kleiner ist als der Durchmesser eines menschlichen Haares. In den Schwänzen installierte Platin-Nanopartikel sorgen in einer Wasserstoffperoxidlösung als „Treibstoff“ für die Vorwärtsbewegung, und magnetisches Eisenoxid-Nanopartikel in den Köpfen sorgt für die Steuerung. Die Mikrofische können aber noch mehr als nur schwimmen. „Innerhalb dieser winzigen Roboter-Schwimmer können wir außerdem leicht verschiedene Funktionen für ein breites Spektrum von Anwendungen einbauen“, erläutert Dr. Wei Zhu, einer der Co-Erstautoren der Publikation.
Breites Anwendungsspektrum möglich
Zum Zwecke des Proof-of-Concept ihrer Entwicklung integrierten die Forscher Toxin-neutralisierende Polydiacetylen (PDA)-Nanopartikel in den Körper der Mikrofische. Diese fangen schädliche porenbildende Toxine ein, wie sie in Bienengift gefunden wurden. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die starken Schwimmbewegungen der Mikrofische in Lösung den Entgiftungsprozess erheblich verbesserten. Dadurch, dass die PDA-Nanopartikel fluoreszieren und rotes Licht emittieren, wenn sie sich mit den Toxinmolekülen verbinden, konnte der Vorgang sogar visuell überwacht werden.
„Eine weitere spannende Möglichkeit, die wir erforschen könnten, wäre es, Wirkstoffe im Inneren der Mikrofische zu verkapseln und diese dann für eine zielgerichtete Freisetzung von Arzneimitteln einzusetzen“, sagt Jinxing Li, der andere Co-Erstautor der Studie. Das neue Herstellungsverfahren für die Mikrofische basiert auf einer schnellen, hochauflösenden 3D-Druck-Technologie. Innerhalb von Sekunden lässt sich damit laut Aussage der Nanoingenieure ein Array mit Hunderten von Mikrofische drucken, jeder davon 120 Mikrometer lang und 30 Mikrometer dick. Sowohl verschiedene Designs, wie etwa Hai- oder Rochenformen oder auch andere von der Natur inspirierte Modelle wie Vögel seien ebenfalls ohne Probleme möglich.
Quelle: Zhu w. et al. 3D-Printed Artificial Microfish. Advanced materials 2015;27(30): 4411–4417. DOI: 10.1002/adma.201501372
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