Forskere fra DTU Fotonik har som de første i verden integreret flere kendte teknologier i en sværm af 3D-printede mikrorobotter. De baner vejen for nye måder at udforske og manipulere med celler som fx stamceller og cirkulerende kræftceller.
En helt ny generation af mikrorobotter er fremstillet på DTU af forskergruppen Programmable Phase Optics ved DTU Fotonik. Hver mikrorobot måler kun 40 x 40 mikrometer og er fremstillet ved hjælp af en avanceret 3D-laserprint-teknik og ligner mest af alt en mikroskopisk drone. De kan udstyres med en sonde i nanostørrelse (ned til 25 nanometer) i den ene ende. Disse sonder gør det muligt at benytte robotterne til drug delivery, som er den proces, hvor medikamenter styres direkte hen til syge celler. Sonderne kan også bruges til at opsamle enkelte partikler og flytte dem.
Laserlys styrer robotten
Alle funktionerne styres ved hjælp af laserlys – både printningen, navigeringen og fremdriften af sonderne, samt opsamling af partikler og aflevering af stoffer. De nanoskopiske aktiviteter kan ovenikøbet følges i real-time ved hjælp af flere samtidige mikroskop-kameraer.
Fotonik-forskerne har kombineret viden og teknologier fra de tre videnskabelige felter fotonik, nanoteknologi og bioteknologi i udviklingen af de nye 3D-printede mikrorobotter. Opfindelsen af mikrorobotterne og præsentation af deres forskellige funktionaliteter bliver offentliggjort i Nature-tidsskriftet Light: Science & Applications (LSA) i løbet af de kommende uger, men en foreløbig godkendt version af forskergruppens videnskabelige artikel er allerede tilgængelig.
Observation af mikrorobot igennem et kamera. Foto: DTU Fotonik
Brugen af laserlys til at styre robotternes funktioner betyder, at de p.t. bedst bruges uden for levende organismer. Det vil sige, at mikrorobotterne på nuværende tidspunkt ikke er egnet til at injicere i et menneske med drug delivery for øje. Men potentialet for robotternes anvendelse uden for menneskekroppen er stor, vurderer professor Jesper Glückstad, som leder den lille forskergruppe:
”Vores mikrorobotter kan blive det nye værktøj, som gør det muligt at forstå biologi helt ned i nanoskala. Som frit flydende droner kan de overvåge processer i levende celler med en hidtil uhørt præcision. De kan levere målrettede stimuli - kemiske, mekaniske og optiske – til cellerne, og det vil medvirke til at udvide vores forståelse af cellers opførsel i deres naturlige 3D-miljø. Som eksempel kan mikrorobotterne blive et nyttigt redskab i forbindelse med udforskning af stamceller eller såkaldte cirkulerende tumorceller, som er de celler, der spreder en cancer via blodbanen hos en kræftpatient.”
Skal tilføre robotterne kunstig intelligens
Forskergruppen fortsætter udviklingen af robotterne blandt andet ved at udstyre dem med nye funktioner. Håbet er også at kunne koble kunstig intelligens til robotterne, så de kan arbejde sammen i en mindre sværm, fortæller professoren. Han uddyber:
”Fremtidsvisionen er at kunne anvende robotterne i menneskekroppen. De skal sættes ind som en mindre sværm, hvor den enkelte robot er specialiseret til at løse en enkelt opgave fx åbne en cellemembran, aflevere et medikament eller lukke cellemembranen igen. Tilsammen vil det lille team af robotter være et medicinsk team i mikroskopisk størrelse.”
Jesper Glückstad er inviteret til at levere den ene af de kun i alt seks plenary talks ved en af de mest prestigefyldte konferencer i verden inden for nanoteknologi IEEE NANO 2016 i Japan til august, hvor professoren præsenterer hele DTU-familien af de nye, laser-styrede mikrorobotter.
Teknologien skal kommercialiseres af virksomheden OptoRobotix ApS, som er en spinout-virksomhed fra forskergruppen Programmable Phase Optics på DTU Fotonik.