Microrobot che imitano le funzioni biologiche
Una proprietà affascinante degli organismi viventi è la capacità di dirigere il movimento tramite stimoli chimici. Questo è un fenomeno noto come chemiotassi. «Con la chemiotassi, le cellule potrebbero muoversi verso un attrattivo chimico o allontanarsi da un repellente chimico», spiega Larisa Florea, coordinatrice del progetto ChemLife(si apre in una nuova finestra) del Trinity College di Dublino(si apre in una nuova finestra). «Questo processo è fondamentale per molte funzioni biologiche, come ad esempio la capacità dei batteri di evitare le tossine o lo spostamento delle cellule immunitarie verso il sito di un’infezione.»
Veicoli sensoriali microstrutturati
Con il supporto del Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), il progetto ChemLife si è prefissato di imitare sinteticamente la chemiotassi a livello micro. «Gli organismi viventi sono molto più complessi dei materiali sintetici», aggiunge la ricercatrice. «Ma è possibile che combinando chimica, progettazione intelligente e fabbricazione 3D precisa, possiamo ottenere capacità migliorate nei materiali morbidi.» L’idea dell’autrice era quella di creare veicoli microstrutturati. Questi sarebbero in grado di «navigare» attraverso ambienti fluidici complessi e di «riconoscere» o «percepire» efficacemente specifiche scie chimiche. «Il primo tipo di veicolo che abbiamo sviluppato era incredibilmente semplice: goccioline», racconta. «Quando immaginiamo micro-veicoli, alcuni di noi potrebbero pensare a film come “Viaggio allucinante”. Ma con ChemLife siamo riusciti a dimostrare che goccioline delle dimensioni di un microlitro possono seguire gradienti chimici su lunghe distanze, proprio come i batteri che trovano il cibo». Il progetto ha inoltre dimostrato che queste goccioline «intelligenti» possono nuotare sfruttando i gradienti di tensione superficiale, trovare fonti di chemio-attrattivi in reti fluidiche complesse e persino percepire e segnalare l’ambiente locale durante il loro viaggio. «Forse non sarà proprio come lo avevamo immaginato, ma è comunque un microrobot», osserva.
Microstrutture polimeriche 3D complesse
L’obiettivo successivo era passare dalle goccioline a microstrutture polimeriche 3D più complesse. «Abbiamo creato una gamma di polimeri sensibili agli stimoli con funzionalità specifiche», spiega l’esperta. «Tra questi c’erano micro-cantilever che si piegano sotto stimolazione elettrica, micro-fiori che si aprono in risposta a segnali chimici e microstrutture che cambiano colore a seconda dell’ambiente chimico locale.» Questo lavoro pionieristico ha portato a numerose scoperte. «Poter controllare questi robot liquidi tramite campi elettrici è stato per noi un momento di svolta», sottolinea. «Allo stesso modo, una dei nostri fantastici dottorandi, Annael Sort-Montenegro, ha dimostrato, per quanto ne sappiamo, gli elettro-attuatori in idrogel più veloci mai realizzati.» Questo lavoro ha portato allo sviluppo di una Biomimetic Toolbox, una libreria di veicoli adattabili a un’ampia gamma di scenari. «L’assemblaggio di questi micro-veicoli in società “intelligenti” in grado di svolgere compiti complessi sarebbe un risultato davvero entusiasmante», aggiunge l’autrice. «Dobbiamo sempre pensare ad applicazioni in ambienti che attualmente sono difficili da raggiungere, dove ci sono oggetti micrometrici così piccoli che non è possibile vederli a occhio nudo.»
Neurochirurgia e somministrazione localizzata di farmaci
Tra i possibili utilizzi finali rientra la neurochirurgia, dove la manipolazione a distanza di questi microrobot potrebbe aiutare a orientarsi nella tortuosa rete di arterie del corpo. Jason Delente, collega di Florea, è un pioniere in questo campo. Altre potenziali applicazioni includono la somministrazione localizzata su richiesta di agenti terapeutici. Sebbene il percorso verso l’applicazione non sia sempre facile, i progressi compiuti in questo progetto sono attualmente in fase di ulteriore sviluppo. «Di recente abbiamo esplorato alcune delle sostanze chimiche sviluppate in ChemLife per la realizzazione di impianti regolabili», afferma. «Allo stesso modo, stiamo sfruttando la possibilità di realizzare microstrutture reattive con estrema precisione in un altro progetto europeo denominato IV-Lab, per realizzare sensori chimici e biochimici così piccoli da poter essere impiantati nelle vene o nelle arterie.»
