Smarte magnetiske bløde materialer til udvikling af kunstige muskler og terapeutiske robotter

Udvikling af en ny generation af kunstige muskler og bløde nanorobots til levering af lægemidler er nogle af de langsigtede mål med 4D-BIOMAP, et ERC-forskningsprojekt i gang med Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) .Dette projekt udvikler tværgående bio-magneto-mekaniske metoder til at stimulere og kontrollere biologiske processer såsom cellemigration og spredning, organismens elektrofysiologiske respons, og oprindelsen og udviklingen af ​​bløde vævspatologier.

"Den overordnede idé med dette forskningsprojekt er at påvirke forskellige biologiske processer på celleniveau (dvs. sårheling, hjernesynapser eller nervesystemrespons) ved at udvikle rettidige tekniske applikationer, "forklarer 4D-BIOMAPs ledende forsker, Daniel García González fra UC3M's afdeling for kontinuummekanik og strukturanalyse.

De såkaldte magneto-aktive polymerer revolutionerer områderne solid mekanik og materialevidenskab. Disse kompositter består af en polymer matrix (dvs. en elastomer), der indeholder magnetiske partikler (dvs. jern), der reagerer mekanisk ved at ændre deres form og volumen. "Ideen er, at anvendelsen af ​​et eksternt magnetfelt fører til indre kræfter i materialet. Disse kræfter resulterer i ændringer af dets mekaniske egenskaber, såsom stivhed eller endda form- og volumenændringer, der kan interagere med cellesystemerne '", forklarer Daniel García González. Forskeren offentliggjorde for nylig en videnskabelig artikel i Composites Part B:Engineering om dette emne med sine kolleger fra UC3Ms afdeling for strukturanalyse og Institut for Bioengineering og Aerospace Engineering. I dette tværgående samarbejde, motiveret til originale eksperimenter, de foreslår en model, der giver teoretisk vejledning til at designe magneto-aktive strukturelle systemer, der kan anvendes i epithelial sårhelingstimulering.

Den magnetomekaniske reaktion bestemmes af materialegenskaberne af den polymere matrix og magnetiske partikler. Hvis disse processer kontrolleres, andre tekniske applikationer kunne udvikles, såsom bløde robotter, der kan interagere med kroppen eller en ny generation af kunstige muskler, bemærker forskeren, der forklarer potentialet i denne teknologi med en sammenligning:"Lad os forestille os en, der er på stranden og hurtigt vil træde frem. Men sandet (det mekaniske miljø) gør det lidt vanskeligere for dem at komme videre, end hvis de stod på asfalt eller en atletisk bane. Tilsvarende i vores tilfælde, hvis en celle befinder sig på et underlag, der er for blødt, det vil gøre det sværere at flytte. Så, hvis vi i stedet er i stand til at ændre disse substrater og oprette denne atletiske bane til celler, vi får alle disse processer til at udvikle sig mere effektivt. "

4D-BIOMAP (Biomekanisk stimulering baseret på 4D-trykt magnetoaktiv polymer) er et femårigt projekt finansieret med 1,5 millioner euro af Det Europæiske Forskningsråd gennem et ERC-starttilskud inden for rammeprogrammet for forskning og innovation, Horizon 2020 (GA 947723). Dette forskningsprojekt nærmer sig fra et tværfagligt perspektiv, involverer viden fra discipliner som solid mekanik, magnetisme, og bioingeniør. Ud over dette, beregningsmæssig, eksperimentel, og teoretiske metoder kombineres.