Bioinspirierte weiche Mikroroboter mit präziser magneto‐kollektiver Steuerung für die mikrovasale Thrombolyse

Weiche Mikroroboter der neuen Ära für biomedizinische Anwendungen müssen die wesentlichen Strukturen und kollektiven Funktionen von Kreaturen aus der Natur nachahmen. Biokompatible Schnittstellen, intelligente Funktionen und präzise Lokomotionskontrolle auf kollektive Weise sind die Schlüsselparameter für das Design von weichen Mikrorobotern für die komplexe Bio-Umgebung. In dieser Arbeit wird ein biomimetischer magnetischer Mikroroboter (BMM), inspiriert von magnetotaktischen Bakterien (MTB), mit schneller Bewegungsreaktion und genauer Positionierung für die gezielte Thrombolyse entwickelt. Ähnlich wie die Magnetosomenstruktur in MTB besteht der BMM aus ausgerichteten Eisenoxid-Nanopartikelketten (MNP), die in einer nicht schwellenden Mikrogel-Hülle eingebettet sind. Lineare Ketten in BMMs werden aufgrund der dipolaren Wechselwirkungen zwischen den MNPs unter einem statischen Magnetfeld erreicht. Simulationsergebnisse zeigen, dass der Grad und die Geschwindigkeit der Assemblierung proportional zur Feldstärke sind. Der BMM erreicht eine maximale Geschwindigkeit von 161,7 µm s-1 und eine genaue Steuerung der Positionierung unter einem rotierenden Magnetfeld mit weniger als 4% Abweichung. Wichtig ist, dass die Lokomotionsanalysen der BMMs die frequenzabhängige Synchronisation unter 8 Hz und Asynchronisation bei höheren Frequenzen aufgrund des erhöhten Ziehmoments zeigen. Die BMMs können thrombolytische Medikamente über magneto-kollektive Kontrolle liefern und freisetzen, was für ultra-minimal invasive Thrombolyse vielversprechend ist.