המיקרו רובוט השוחה בגודל של בקטריה: הבקטריה המלאכותית.

המיקרו רובוט השוחה בגודל של בקטריה: הבקטריה המלאכותית השוויצרית.

 

אהבתם את המאמר על קפסולות רובוטיות זעירות שזוחלות בתוך הגוף? הנה עוד פיתוחים מהשנה בתחום שדורשים מאמר בפני עצמו. ולכך מוקדש החלק השני של המאמר כאן.

באפריל 2009 חוקרים מאוניברסיטת ציריך בנו מיקרו רובוטים בגודל של בקטריה של אי קולי ובקטריות דומות. הם נראים כמו זנבות ספיראלות (פלאג’לות) בעלות ראש זעיר –– בקטריות מלאכותיות – בערך מחצית מעובייה של שערה אנושית. הן יכולות לשחות בנוזל במהירות עצומה, כמעט כמו מקבילתן הטבעית. בעודן שוחות הן נראות כמו בקטריות מגושמות בעלות זנבות מפותלות. הבקטריה המלאכותית אורכה הוא בין 25 ל-60 מיקרו מטרים בלבד (שערה אנושית היא בעובי של 100 מיקרו מטרים) ובקטריה ממוצעת היא בין 5 ל-15 מיקרומטר. ולכן ניתן לראות את הבקטריה המלאכותית רק תחת מיקרוסקופ.

 

helical swimming robot

את הבקטריות המלאכותיות המציאו ויצרו חוקרים בקבוצה מאוניברסיטת ציריך שאותה הוביל ברדלי נלסון, פרופסור במכון לרובוטיקה ולמערכות אינטיליגנטיות בניגוד לתפקידן של הבקטריות בטבע, כאשר חלקן גורמות למחלות, הבקטריות המלאכותיות מטרתן היא לסייע לרפא מחלות בעתיד תוך כדי כך שהן יהיו הכלי לתמסורת תרופות ולהגעה למקומות זעירים בגוף.  

Prof. Dr. Bradley Nelson

כאן פרופ’ ברדלי נלסון.

 

כיצד יצרו את הבקטריות המלאכתיות ואיך הן פועלות

 

הבקטריה המלאכותית מורכבת מציפוי אדים ברצף מסוים של מספר שכבות אולטרא דקות של היסודות אינדיום, גליום ארסניד וכרום על סובסטרט. בונים תבנית מהסובסטרט באמצעות ליטוגרפיה ואיכול. זה יוצר סרטים סופר צרים ומאוד ארוכים שמסתובבים על עצמם לצורת ספיראלה מיד כאשר הם מתנתקים מהסובסטרט. זאת בגלל מבני הסריג המולקולארי הלא שווים של השכבות השונות. תלוי בעובי השכבה המצופה ובהרכבה, נוצרת ספיראלה בגדלים שונים שניתן להגדירה במדויק מבחינת גודל וכיוון הגלגול של הסרט שיוצר את הספיראלה. סרט זה יוצר את הפלאג’לה המלאכותית של הבקטריה המלאכותית. מחברים מעין ראש לרובוט הזעיר באחד מקצוות הסרט. הראש מורכב מציפוי אדים על שכבה שמחולקת לשלושה: כרום-ניקל-זהב. ניקל הוא חומר מגנטי “רך”, בניגוד לשאר החומרים שהם לא מגנטיים, ולכן ראש מגנטי זעיר זה מאפשר לבקטריה המלאכותית לנוע בדרך מסוימת בשדה מגנטי. הבקטריה המלאכותית בצורת ספיראלה שוחה בנוזל וניתן לצפות בתנועותיה דרך המיקרוסקופ. על ידי כוונון עוצמת השדה המגנטי המסתובב שנוצר סביב על ידי מספר סלילים וגם שליטה בכיוונו, ניתן לנווט את הבקטריה המלאכותית למטרה מסוימת. היא יכולה לנוע אחורה וקדימה, מעלה ומטה והיא גם יכולה להסתובב לכל הכיוונים. לבקטריה המלאכותית אין מנוע או חלקים פנימיים שמניעים אותה. היא שוחה. השדה המגנטי מזיז אותה מבחוץ. הראש הזעיר של הבקטריה המלאכותית כל הזמן מנסה לכוון את עצמו אליו והוא כל הזמן נע ולכיוון שלו.



helical swimmer fabrication steps

כרגע הבקטריה המלאכותית נעה במהירות של עד 20 מיקרו מטרים לשנייה. הקבוצה מצפה להגביר את המהירות ל-100 מיקרו מטרים לשנייה. רק לשם ההשוואה, בקטרית האי קולי שוחה במהירות של 30 מיקרו מטרים לשנייה.

 

הבקטריה המלאכותית למטרות רפואיות

 

המטרה של הבקטריה המלאכותית היא לשאת תרופות למטרות בתוך הגוף, להסיר מרבצי סתימות בעורקים או לסייע לביולוגים לשנות את המבנים התאיים שהם קטנים מידי למניפולציה ישירה על ידי חוקרים. וכיצד ניתן להעביר תרופה? מנחים את הרובוט לוריד החסום על ידי מערכת הנעה מגנטית, כאשר הספיראלה שלו חודרת לכלי הדם, והתרופה שעוטפת את הרכיב מתפשטת בדיפוזיה אל תוך הוריד.

 

בסרט המסע המופלא מ-1966 צוות של מדענים עם צוללת ממוזער לגודל של מיקרומטר אחד ומוזרק לתוך מחזור הדם של מדען. הבעיה: המזעור פועל לפרק זמן מוגבל. המדען גילה את הנוסחא כיצד ניתן להשאר ממוזערים לעד, אולם הוא נורה ויש להצילו על ידי טיפול בקריש הדם במוחו… לשם כך יצא הצוות הממוזער ועליו לפעול במהירות, לגבור על כל המכשולים בטרם יגדל לממדים שבהם לא יוכל כבר לטפל בנזק שנגרם למדען.

 

כרגע המחקר הוא בשלבים התחלתיים והקבוצה תזדקק למחקרים נוספים בטרם הבקטריה המלאכותית תכנס לשימושים מעשיים יותר. לשימושים בתוך גוף האדם, יש צורך לנווט את הבקטריה המלאכותית במדויק, לעקוב אחר מסלולה ולהבטיח שיודעים היכן המיקום שלה בכל רגע. וכאמור היא מאוד זעירה. אם רוצים שהיא תשמש לתמסורת תרופות, עליה קודם כל לתפקד כראוי ואז לשחרר תרופות בדיוק לתוך הרקמה הנדונה. התוכנית היא שהבקטריה המלאכותית תיהפך אף ליותר מהירה ויותר זעירה מהמקור.

 

על ידי כיוון מהירות הסיבוב והכיוון של השדה המגנטי, מכוונים את המהירות והכיוון של המיקרו רובוט המלאכותי בעל הספיראלה ששוחה במים:

<a href="

 

 

מהקטן ביותר אל הגדול יותר. הפעם הראשונה שבה הוזכר מכשיר מיקרו-ניתוחי ראשון הייתה ב-1938 על ידי רימונד ז. גאלון בסיפורו Masson’s Secret. המלה מיקרו ניתוח לראשונה פורסמה ב-1938 בהקשר לשימוש במיקרוסקופ בניתוח גלאוקומה. במילה מיקרו התכוונו למיקרוסקופ. רוברט היינלין חשב על יד זעירה בעלת עין מיקרוסקופית שנוצרה על ידי מניפולציה גנטית בסיפורו מ-1941, ילדי מתושלח. והנה לאחרונה בסוף יוני בהרצאת TED הוצג מכשיר כזה בדיוק: מכשיר רובוטי מיקרו ניתוחי שמשלב ידי רובוט זעירות יחד עם מצלמה מסיב אופטי שמחוברת אליהן. זו דוגמא לרובוט דה וינצ’י (ראו סרטון במאמר הראשון על הקפסולות הרובוטיות שזוחלות בתוך הגוף):

 

<a href=" 

 

Advertisements

0 thoughts on “המיקרו רובוט השוחה בגודל של בקטריה: הבקטריה המלאכותית.

  1. קישרת ל-ETH ZURICH – המכון הטכנולוגי של ציריך, שיושב באותו הרחוב של האוניברסיטה. אבל אלו הם שני מוסדות שונים.

    הראשון אליו קישרת, שם פותח הרובוט הוא המכון הטכנולוגי של ציריך מוסד מאוד יוקרתי.
    השני, האוניברסיטה, יוקרתית מאוד אבל לא כמו ה-ETH.

    http://www.uzh.ch/ – אוניברסיטת ציריך.
    http://www.uth.ch – המכון הטכנולוגי

  2. בשני המוסדות האלה הייתי…
    ורק צריך לעבור את הכביש בציריך כדי להגיע מהאחד לשני.
    אני אתקן מחר כי עכשיו מאוחר. תודה.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s