Mit Mikrorobotern durch die Blutbahn

Die Herausforderung:

An Schnittstellen zwischen Physik und Medizin sowie Material- und Ingenieurwissenschaften erschließen Mikro- und Nanoroboter vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Medizin (z.B. bei der Behandlung von Tumoren, Aneurysmen und Thrombosen). Mikroroboter erreichen Regionen im Körper, die sonst nicht erreicht werden können. Auch eine gezielte Verabreichung von Medikamenten ist durch sie möglich. Eine der aktuell drängendsten Fragen ist, wie eine selektive Aktuierung von Nanorobotern zu erreichen ist.

Aus dem Vortrag:

Neben der katalytischen Nanorobotik, biohybriden Robotern, lichtgesteuerten Nanorobotern und Ultraschall stellt die magnetische Mikrorobotik einen Schwerpunkt der Forschung dar.

Magnetisch funktionalisierte Mikro- und Nanostrukturen können von außen durch Magnetfelder ausgerichtet, bewegt und navigiert werden. Elektromagnetische Systeme erlauben eine flexible Steuerung, selbst die Steuerung ganzer Schwärme magnetischer Nanoroboter. Partikelschwärme in rotierenden Magnetfeldern können dynamische Eigenschaften entwickeln, die über das Verhalten isolierter Partikel hinausgehen. Dazu zählen erhöhte effektive Geschwindigkeiten und stabile kollektive Bewegungsmuster. Durch Variation von Feldparametern lässt sich zudem nicht nur die Bewegung beschleunigen oder verlangsamen. Schwärme können geteilt und in ihrer Form verändert werden. Teilmengen lassen sich in unterschiedliche Richtungen lenken und räumlich getrennt anordnen. Aus Anwendungssicht eröffnet dies die Möglichkeit, Wirkstoffträger nicht nur zu einem Ziel zu bringen, sondern sie auch gezielt zu verteilen, lokal zu konzentrieren oder im Zielgebiet neu zu organisieren (zum Beispiel zur Auflösung von Nierensteinen) und grundsätzlich möglichst patientenspezifische Therapieoptionen zu entwickeln. Passende bildgebende Verfahren, möglichst in Echtzeit, sind hierbei entscheidend, da sie Navigation und Positionskontrolle miteinander verbinden.

Perspektiven:

Das Forschungsfeld eröffnet eine Reihe medizinischer Applikationen in interdisziplinärer Perspektive. Anwendungsfragen sind dabei insbesondere eng mit Materialfragen verknüpft. Denn je nach Einsatzfall muss geklärt sein, ob ein System biologisch abgebaut wird, entfernt werden kann oder bewusst als Implantat verbleibt.