Wissenschaftler der ETH Zürich entwickeln 3D-gedruckte Mikroroboter für medizinische Anwendungen

Wie die ETH Zürich in einer Pressemitteilung mitteilt, haben Wissenschaftler der Einrichtung eine Methode entwickelt, mit der sie Mikrometer kleine Maschinen herstellen können, in denen mehrere Materialien auf komplexe Weise miteinander verwoben sind. Solche Mikroroboter sollen dereinst die Medizin revolutionieren.

Wissenschaftler versuchen seit Jahren Roboter zu entwickeln, die so winzig sind, dass sie sich durch Blutgefässe bewegen und Medikamente im Körper an bestimmte Stellen bringen können. Nun ist es Spezialisten der ETH Zürich gelungen, erstmals solche “Mikromaschinen” zu bauen, die aus Metall und Kunststoff bestehen, und bei denen diese beiden Materialien so miteinander verknüpft sind, wie dies beispielsweise die Glieder einer Kette. Möglich ist dies dank einer von ihnen entwickelten neuen Herstellungstechnik.

Hightech-​Herstellungsmethode

Die neue Herstellungsmethode basiert auf der Expertise von ETH-​Professor Salvador Pané. Er arbeitet schon seit Jahren mit einer hochpräzisen 3D-​Drucktechnik, mit der sich komplexe Gegenstände im Mikrometermassstab herstellen lassen: der 3D-​Lithographie. Die ETH-​Wissenschaftler haben mit dieser Technik für ihre Mikromaschinen eine Art Gussformen hergestellt. Letztere haben dünne Kanäle, die als Negativ dienen und mit dem entsprechenden Material gefüllt werden.

Mittels elektrochemischer Abscheidung füllen die Ingenieure die einen Kanäle mit Metall, andere füllen sie mit Polymeren aus. Zum Schluss wird die Gussform mit Lösungsmitteln aufgelöst.

Vehikel mit magnetischen Rädchen

Als Machbarkeitsnachweis von ineinander verwobenen Mikromaschinen stellten die ETH-​Ingenieure verschiedene winzige Vehikel mit Kunststoff-​Chassis und magnetischen Metallrädern her, die sich über ein rotierendes Magnetfeld antreiben lassen. Darunter sind solche, die sich auf einer Glasoberfläche fortbewegen lassen, und andere, die – je nach verwendetem Polymer – in Flüssigkeit oder an einer Flüssigkeitsoberfläche schwimmen können.

Die Wissenschaftler werden ihre Zwei-​Komponenten-Mikromaschinen nun weiterentwickeln und mit weiteren Materialien experimentieren. Ausserdem werden sie versuchen, komplexere Formen und Maschinen herzustellen, auch solche, die sich zusammenfalten und auffalten können. Neben wirkstoffausschüttenden Fähren gehören zu künftigen Anwendungsmöglichkeiten Mikromaschinen, mit denen Aneurysmen (Blutgefässausbuchtungen) behandelt oder andere Operationen durchgeführt werden können. Ein weiteres Forschungsziel sind auffaltbare Stents (röhrenförmige Gefässstützen), welche mit Magnetfeldern an den gewünschten Ort gebracht im Körper werden können.

Die wissenschaftliche Arbeit wurde am 24. November 2020 unter dem Titel “Mechanically Interlocked 3D Multi-​Material Micromachines” in Nature Communications publiziert.