Изобретены роботы, способные растворяться в жидкости

Недавно американским ученым удалось создать микроробота, который может растворяться в обыкновенной воде. Это устройство, чьи микросхемы сделаны из шелка, пористого кремния и магниевых электродов, может использоваться для диагностики заболеваний и проведения операций прямо внутри организма больного. И сделав свое дело, оно просто растворяется.

Фото:

Медицина движется вперед семимильными шагами — традиционные методы диагностики заболеваний по косвенным признакам уступают место прямому исследованию внутренних органов. Сейчас, кроме рентгенографии и УЗИ, большое распространение получили так называемые роботы-диагносты. Эти микроскопические устройства вводятся в организм (причем сразу в нужное место), откуда они и сообщают врачам по беспроводной связи данные своего исследования.

Впрочем, эти роботы могут не только обследовать больных, но и лечить их. Они применяются при разных операциях, например, на органах пищеварительной системы. Больше нет нужды делать большой разрез в теле пациента лишь для того, чтобы вырезать маленькую опухоль. Робот сам может удалить все, что нужно, находясь при этом прямо в "очаге заболевания".

Такой способ оперирования менее травматичен для больного, что, соответственно, уменьшает восстановительный период после операции и расход лекарств. Кроме того, механизм, в отличие от любого, пусть даже самого хорошего хирурга, никогда не устает — и не может случайно нанести травму или ошибиться.

Читайте также: Молекула ДНК — матрица на все руки

Однако до сих пор существовала одна проблема — робота достаточно легко ввести в организм больного, однако весьма сложно извлечь оттуда. Конечно, к нему можно прикрепить какой-нибудь "тросик" или зонд, однако даже подобное не всегда спасает от травм, наносимых организму извлекаемым прибором. Когда же речь идет не о системе пищеварения, а о спинном мозге, то тут механизм вообще нельзя извлечь без операционного вмешательства.

Поэтому ученые занялись разработками такого прибора, который мог бы, сделав свое дело, просто… раствориться в жидкости. Причем не отравить его при этом своими токсичными "запчастями". Вопрос заключался в том, чтобы найти материал, безвредный для живых существ и способный растворяться уже тогда, когда робот сделал свое дело.

Обычно микросхемы подобной "временной" электроники изготавливаются из таких материалов, как шелк, кремний и полимерные сахара. Такие микророботы могут некоторое время работать внутри живых организмов, совершенно не причиняя им вреда. Однако в какой-то момент устройство начинает растворяться, причем достаточно быстро. Изготовителям нужно лишь точно рассчитать срок действия подобной микросхемы — она не должна исчезнуть прежде, чем работа будет завершена.

И вот недавно группа ученых из Университета Иллинойса (США) под руководством профессора Хван Сук Вона изготовили элементы электронных схем, используя вещество, вырабатываемое личинками тутового шелкопряда, сверхтонкие листы пористого кремния и магниевые электроды. Все они, как показали эксперименты, являются совместимыми с жизнедеятельностью любых организмов, и, что самое важное, быстро растворяются в присутствии даже очень малых количеств воды. Причем основную роль здесь играет шелк — именно его количество определяет, через какое время устройство начнет исчезать под воздействием влаги.

Интересно, что использование шелка в электронике стало возможным благодаря работе Флоренцо Оменетто, ученого из университета Тафтса (США). Этот исследователь изучил свойства белков, составляющих данный материал, и просчитал время существования шелка в зависимости от различных условий внешней среды. Так что теперь ученые могут управлять временем начала распада электронного устройства, в котором есть компоненты из шелка при различных значениях параметров окружающей среды.

Чтобы проверить, как работает данный прибор, представляющий собой устройство по распознаванию чужеродных ДНК, соединенное с цифровой фотокамерой с разрешающей способностью в 64 пиксела, исследователи поместили его в тело подопытной крысы хирургическим путем. Микроробота "запрограммировали" таким образом, что через определенный промежуток времени он должен был исчезнуть. Некоторое время спустя ученые добавили в область, где находилось устройство, несколько болезнетворных бактерий. Устройство контроля ДНК сразу же их опознало, после чего чип робота дал команду на уничтожение защитной гидрофобной оболочки прибора. Через несколько минут прибор растворился в жидкости тела грызуна.

Воодушевившись результатами эксперимента, исследователи из группы профессора Хвана создали из данного набор материалов биполярные транзисторы, диоды, катушки индуктивности, датчики температуры, освещенности, элементы солнечных батарей, генераторы радиочастот, антенны, светочувствительные матрицы цифровых камер и массу других компонентов электронных схем. Из всего этого можно собрать самых разнообразных микророботов, способных выполнять сложные задачи. Ученые считают, что кроме медицины их технологии оценят биологи, которые занимаются исследованием миграции животных (использовать растворимый радиомаяк куда удобнее, и для животного безопаснее), а также те, кто изучает внутреннее строение братьев наших старших — теперь их не придется убивать.

Читайте также: Ученые создали сердечного биоробота

Подобной электроникой уже заинтересовалось Управление перспективных исследовательских программ Пентагона (DARPA), которое, кстати, также частично финансировало исследования г-на Хвана и его коллег. Их можно понять — приборы, способные бесследно растворяться, пригодятся любому шпиону.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"