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Der 4,4-mm-Chirurgieroboter arbeitet wie ein „Schweizer Taschenmesser“ im Körper

Lara Yoki

Forscher der Nanyang Technological University in Singapur haben einen chirurgischen Roboter in Samengröße entwickelt, der fünf verschiedene Funktionen ausführen kann: Bewegen, Gewebe schneiden, Medikamente verabreichen, Proben greifen und lagern sowie aus der Ferne Wärme erzeugen. Das Gerät misst nur 4,4 mm und wird durch schwache Magnetfelder gesteuert.

Die Idee besteht darin, den Weg für weniger invasive medizinische Eingriffe zu ebnen, bei denen kleine Roboter durch enge, unregelmäßige Körperregionen navigieren könnten, um lokale Aufgaben auszuführen, wodurch der Bedarf an großen Schnitten oder sperrigen chirurgischen Instrumenten verringert wird.

Fünf Funktionen in einem mikroskopischen Körper

Der große Fortschritt liegt nicht nur in der Größe, sondern auch in der Kombination der Funktionen. Viele magnetische Mikroroboter können sich bewegen oder eine einfache Aufgabe ausführen. Der NTU-Prototyp wurde entwickelt, um in weniger als einer Sekunde zwischen verschiedenen Aktionsmodi zu wechseln.

In Labortests war der Roboter in der Lage, biologisches Gewebe zu schneiden, Partikel freizusetzen, die Medikamente simulieren, Proben zu halten, zu lagern und eine lokale Erwärmung zu erzeugen, wenn er einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird.

Diese Erwärmung ist besonders interessant, da sie mit der Erforschung der magnetischen Hyperthermie zusammenhängt, einem Ansatz, der untersucht wurde, um unerwünschte Zellen wie Tumorzellen durch kontrollierte Hitze anzugreifen. Dennoch sprechen wir in diesem Fall von einer experimentellen Demonstration – und nicht von einer fertigen klinischen Behandlung.

Wie wird es kontrolliert?

Der Roboter verwendet flexible magnetische Materialien, darunter in der Soft-Robotik übliche Silikone wie PDMS und Ecoflex. Diese Materialien werden mit magnetischen Mikropartikeln vermischt, wodurch verschiedene Regionen des Roboters auf spezifische Weise auf das angelegte Feld reagieren können.

Das Geheimnis liegt im zentralen Magnetmodul, das in verschiedene Richtungen magnetisiert, entmagnetisiert und ummagnetisiert werden kann. Jede Ausrichtung aktiviert eine andere Funktion. Dadurch wird ein häufiges Problem bei Mikrorobotern gelöst: Bei so kleinen Maßstäben tendiert das Magnetfeld dazu, das gesamte Gerät zu bewegen, was die unabhängige Steuerung bestimmter Werkzeuge erschwert.

Das Projekt fügt außerdem eine sechste Bewegungsart hinzu: das Rollen um die eigene Achse. Den Forschern zufolge hilft dies dem Roboter, sich in engen, weichen und unregelmäßigen Umgebungen, wie sie beispielsweise im Inneren des menschlichen Körpers vorkommen, besser zu positionieren.

Was noch fehlt

Die Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche Materialien und befindet sich noch in der Laborphase. Die Tests umfassten Gewebemodelle, darunter Hühnerleber und Gelatinematerialien, die Weichgewebe simulieren. Das Team bewertete im Labor auch die Biokompatibilität der Materialien mit menschlichen Hautzellen, wobei mehr als 99 % der Zellen unter den getesteten Bedingungen lebensfähig blieben.

Die nächste Herausforderung ist enorm: die Integration des Roboters in realistischere Bildgebungssysteme, Sensoren und künstliche Organmodelle. Danach gäbe es noch vorklinische Studien, Sicherheitsvalidierungen, Tierversuche und schließlich klinische Studien.

Auch abseits von Krankenhäusern zeigt das Konzept, wohin die minimalinvasive Chirurgie gehen kann: Roboter, die immer kleiner, vielseitiger und mehr können als nur sich zu bewegen.

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