Robot siêu nhỏ 5 trong 1 mở ra hướng điều trị y học mới
Các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Nanyang (NTU), Singapore đã phát triển một robot siêu nhỏ dài 4,4 mm, có kích thước tương đương một hạt giống. Thiết bị này được điều khiển bằng từ trường yếu và có khả năng thực hiện 5 thao tác y học khác nhau, bao gồm di chuyển, cắt mô sinh học, giải phóng thuốc, kẹp và lưu trữ mẫu mô, cũng như tạo nhiệt từ xa.
Chuyển đổi giữa 5 chức năng trong chưa đầy 1 giây
Điểm đặc biệt của robot này là khả năng chuyển đổi giữa các chức năng chỉ trong chưa đầy 1 giây. Nghiên cứu do Phó Giáo sư Lum Guo Zhan từ Trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không vũ trụ của NTU dẫn đầu, đã được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Advanced Materials.
Phó Giáo sư Lum cho biết: "Hầu hết robot từ tính dạng này chỉ có thể thực hiện một hoặc hai chức năng. Phát minh mới nhất của chúng tôi hiện có thể thực hiện 5 chức năng. Mục tiêu dài hạn là các bác sĩ có thể sử dụng những robot mini này bên trong cơ thể, điều khiển chúng đến vị trí mục tiêu và dùng chúng để thực hiện các phương pháp điều trị."
Robot được chế tạo từ các vật liệu từ tính mềm gồm PDMS và Ecoflex, là những vật liệu gốc silicon thường được sử dụng trong robot mềm nhờ tính linh hoạt và khả năng tạo hình ở kích thước nhỏ. Bên trong vật liệu có các vi hạt từ tính kích thước khoảng 5µm, giúp từng bộ phận của robot phản ứng với từ trường.
Công nghệ mô-đun từ tính đột phá
Điểm nổi bật của thiết bị là mô-đun từ tính có thể được từ hóa, khử từ và tái từ hóa theo nhiều hướng khác nhau. Mỗi hướng từ tính kích hoạt một chức năng riêng, cho phép cùng một robot thực hiện 5 nhiệm vụ khác nhau, trong đó có cắt và gắp mô.
Nhóm nghiên cứu cũng thiết kế các vùng khác nhau trên robot để chỉ một phần nhất định phản ứng với cùng một từ trường, thay vì toàn bộ thiết bị. Nhờ đó, một bộ phận của robot có thể thay đổi hình dạng để kích hoạt công cụ hoặc chức năng, trong khi các phần còn lại giữ nguyên trạng thái.
Thiết kế này giúp khắc phục một hạn chế lớn của robot từ tính thu nhỏ. Ở quy mô nhỏ, từ trường thường tác động lên toàn bộ thiết bị cùng lúc, khiến robot hoạt động như một nam châm duy nhất và làm giảm độ chính xác khi di chuyển hoặc kích hoạt các công cụ khác nhau.
Phần lớn robot từ tính thu nhỏ hiện nay có 5 bậc tự do, gồm di chuyển theo ba trục và xoay theo hai hướng. Robot của NTU có thêm chuyển động lăn, cho phép thiết bị quay quanh trục dài của chính nó. Khả năng này giúp robot định vị chính xác hơn trong các không gian hẹp, mềm và không bằng phẳng, chẳng hạn như môi trường bên trong cơ thể.
Vượt qua thử nghiệm trên mô sinh học
Trong các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, nhóm NTU kiểm tra robot trên gan gà và vật liệu gelatin mô phỏng mô mềm. Kết quả cho thấy thiết bị có thể cắt mô, giải phóng các hạt mô phỏng thuốc, kẹp và lưu trữ mẫu, đồng thời tạo nhiệt cục bộ khi được kích thích bằng từ trường.
Để tạo nhiệt, nhóm nghiên cứu cho robot tiếp xúc với từ trường biến thiên ở tần số cao. Quá trình này khiến vật liệu từ tính bên trong thiết bị sinh nhiệt từ xa, tương tự phương pháp tăng nhiệt từ tính đang được nghiên cứu trong điều trị ung thư.
Nhóm cũng đánh giá khả năng tương thích sinh học của vật liệu cấu tạo robot bằng cách cho chúng tiếp xúc với tế bào da người trong điều kiện phòng thí nghiệm. Hơn 99% tế bào vẫn sống sau thử nghiệm, tương đương nhóm đối chứng, cho thấy vật liệu hầu như không gây độc trong phạm vi nghiên cứu ban đầu.
Hướng tới ứng dụng lâm sàng
Các nhà khoa học đang tìm cách kết hợp các phiên bản robot tương lai với công nghệ hình ảnh, hệ thống cảm biến và mô hình cơ quan nhân tạo có tính thực tiễn lâm sàng cao hơn. Hướng nghiên cứu này nhằm mô phỏng chính xác hơn các đặc tính vật lý của mô và cơ quan người.
Phó Giáo sư Lum cho biết nhóm cũng đang hợp tác với các bác sĩ phẫu thuật để đánh giá khả năng tích hợp robot mini vào quy trình lâm sàng thực tế. Ông nhấn mạnh rằng để tiến gần hơn đến ứng dụng y tế, robot cần được kiểm chứng không chỉ trong phòng thí nghiệm mà còn về khả năng điều khiển, giám sát và kiểm soát trong môi trường điều trị.
Đưa ra nhận xét độc lập, tiến sĩ Yeo Leong Litt Leonard, cố vấn cấp cao tại Khoa Thần kinh, Bệnh viện Đại học Quốc gia, cho rằng các robot điều khiển từ tính kích thước milimét này có khả năng di chuyển trong môi trường phức tạp và thực hiện nhiều nhiệm vụ như đưa thuốc đến vị trí cần thiết, sinh thiết và truyền nhiệt trị liệu từ xa.
Theo ông, công nghệ này có tiềm năng thay thế một số kỹ thuật trong phẫu thuật can thiệp nội mạch và mở ra hướng điều trị mới trong y học.
Theo www.ntu.edu.sg
