Исследователи из Харбинского политехнического университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали систему для автономной навигации частиц-микродвигателей. Для этого они использовали камеру, которая автоматически отслеживает препятствия перед микрочастицей и поворачивает ее с помощью магнитного поля. Ученые считают, что их разработка может пригодиться в медицинских исследованиях и лечении, к примеру, чтобы доставить лекарство в опухоль, избегая при этом нормальных клеток. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Поскольку многие лекарства имеют побочные эффекты и действуют по-разному на различные органы и клетки, ученые работают над созданием систем точечной доставки микродоз лекарств к конкретным местам в организме. Один из видов таких устройств — микродвигатели. Зачастую они представляют собой сферы с некоторым количеством топлива, которое реагирует с внешней средой или корпусом микродвигателя и двигает сферу вперед за счет выброса газа. Но у такого подхода есть серьезная техническая проблема — движением такой частицы нужно каким-то образом управлять.

Li et al. / ACS Nano, 2017

Схема системы: управляющий компьютер, камера с микроскопом, и управляющие магнитные катушки. Li et al. / ACS Nano, 2017

Ученые решили эту проблему с помощью магнитного поля, камеры и компьютерного планировщика. Процесс продвижения микродвигателя через среду с препятствиями устроен следующим образом. Соединенная с микроскопом камера в реальном времени отслеживает движение частицы и передает данные на компьютерный планировщик, состоящий из трех функциональных модулей: детектор препятствий на основе компьютерного зрения, планировщик пути, и контроллер магнитного поля, управляющего поворотами частицы. Таким образом компьютер может управлять движением частицы, даже исправляя ее отклонения от заданного пути.

Исследователи продемонстрировали работу системы в нескольких экспериментах. В одном из них система смогла отличить раковые клетки от эритроцитов и направиться именно к ним. Также им удалось провести микродвигатель через лабиринт без столкновений с его стенками.

Недавно американские ученые разработали для доставки лекарств микродвигатели, нейтрализующие желудочный сок, разрушающий лекарственные препараты. Они нормализуют уровень pH в желудке, после чего чувствительный к pH полимер высвобождает действующее вещество. В январе их проверили с помощью флуоресцентных красителей, а совсем недавно таким же образом провели лечение мышей с помощью антибиотиков.

Автор: Григорий Копиев