Winzige Roboter aus Metall und Kunststof

Publiziert

Forschende der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der sie Mikrometer kleine Maschinen herstellen können, in denen mehrere Materialien auf komplexe Weise miteinander verwoben sind. Solche Mikroroboter sollen in der Zukunft die Medizin revolutionieren.

Roboter, so winzig, dass sie sich durch unsere Blutgefässe bewegen und Medikamente im Körper an bestimmte Stellen bringen – dies ist ein Forschungsziel, das Wissenschaftler seit Jahren verfolgen. Forschenden der ETH Zürich ist es nun 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.
«Metalle und Polymere haben unterschiedliche Eigenschaften, und beide Materialien haben ihre eigenen Vorteile beim Bau von Mikromaschinen. Um alle diese Eigenschaften gleichzeitig nutzen zu können, wollten wir die beiden Materialien kombinieren», erklärt Carlos Alcântara, ehemaliger Doktorand in der Gruppe von Salvador Pané am Institut für Robotik und Intelligente Systeme und einer der beiden Erstautoren der Arbeit. In der Regel werden Mikromaschinen von ausserhalb des Körpers mit Magnetfeldern angetrieben. Dazu müssen in die Mikromaschinen magnetische Metallteile eingebaut werden. Polymere wiederum haben den Vorteil, dass sich damit weiche und bewegliche Teile konstruieren lassen oder solche, die sich im Körperinnern auflösen. Werden Medikamente in solche auflösbaren Polymere eingebettet, lassen sich an bestimmten Körperstellen gezielt Wirkstoffe freisetzen.

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. «Wir konnten diese Methode entwickeln, weil in unserer interdisziplinären Gruppe Elektroingenieure, Maschineningenieure, Chemiker und Materialwissenschaftler eng zusammenarbeiten», sagt Fabian Landers. Er ist Doktorand in Panés Gruppe und ebenfalls Erstautor der Arbeit, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.

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 im Körper gebracht werden können.

Dieser Artikel wurde von der ETH Zürich zur Verfügung gestellt.

EVENTS

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11 – 14 Juni 2024

Ort: Genf (CH)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25.-28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis