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Nanotechnologie Magnetisch gesteuerter Mikroroboter bewegt sich durch Blutgefäße

Quelle: ETH Zürich 2 min Lesedauer

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Ein weicher Mikroroboter schwimmt durch enge Gefäße und folgt dabei magnetischen Feldern. Forschende wollen damit Wirkstoffe punktgenau platzieren und schwer erreichbare Regionen erreichen. Noch laufen die Experimente im Labor.

Mikroroboter für die Blutbahn: nur einen Millimeter groß(Bild: Luca Donati / ETH Zürich)
Mikroroboter für die Blutbahn: nur einen Millimeter groß
(Bild: Luca Donati / ETH Zürich)

Ein Team der ETH Zürich hat einen Mikroroboter vorgestellt, der sich mit gezielten Magnetfeldern durch enge Blutgefäße bewegt. Der Millimeter-kleine Körper aus einem weichen Polymer reagiert auf Änderungen des Magnetfelds und schwimmt dadurch sogar gegen den simulierten Blutstrom an.

Wie wird der Mikroroboter gesteuert?

Die Forschenden setzen auf eine Gelkapsel, die Eisenoxid-Nanopartikel für die magnetische Steuerung und Tantal-Nanopartikel für die Sichtbarkeit im Röntgen enthält.

  • Das Material verformt sich, sobald die Spulenanlagen von außen ein neues Feld anlegen.
  • So lässt sich die Kapsel entlang der Gefäßwand rollen, per Feldgradient durch das Gefäß ziehen und an Verzweigungen gezielt lenken. Ziel ist es, Wirkstoffe genauer zu platzieren, als es mit Kathetern oder Spritzen möglich wäre.
  • Um die Bewegung zu kontrollieren, nutzen die Forschenden ein modulares elektromagnetisches Navigationssystem mit mehreren Spulen. Diese erzeugen gerichtete Magnetfelder, die den Mikroroboter antreiben.
  • Röntgenbildgebungen erfassen die Position in Echtzeit.
  • Die Forschenden kombinieren verschiedene Navigationsstrategien, um den Weg durch komplexe Gefäßstrukturen zu steuern.

Der technische Aufwand ist hoch: Die Spulen erfordern präzise Ansteuerung, damit sich der Roboter nicht verkantet oder in kreisenden Strömungen stecken bleibt. Gleichzeitig müssen die Magnetfelder so schwach bleiben, dass sie das umliegende Gewebe nicht beeinflussen. Im Labor gelingt das, doch für eine medizinische Anwendung braucht es deutlich robustere und kompaktere Anlagen.

Laborversuche, aber noch keine Anwendung

Bis der Mikroroboter in echten Blutbahnen arbeitet, wird es dauern. Die bisherigen Versuche laufen in Gefäßmodellen sowie in Tierversuchen an Schweinen und einem Schaf. Der Mikroroboter kommt ohne eigene Elektronik aus; Navigation und Freisetzung steuern ausschließlich externe Magnetfelder und Bildgebung. Die Forschenden nutzen mit Eisenoxid und Tantal medizinisch etablierte Nanopartikel, dennoch braucht die komplette Kapsel eine regulatorische Prüfung. Dennoch zeigt die Forschung, dass sich magnetisch gesteuerte Mikrosysteme immer präziser bewegen und künftig Aufgaben übernehmen könnten, die heute invasive Eingriffe erfordern.

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