Manyetik Jel Kapsüller Hem Robotik Hem de Tıbbı İlerletebilir

Manyetik Polimerler

Prof. Abdon Pena-Francesch, University of Michigan’deki BioInspired Materials Lab’ın başkanı, ve ekibi geliştirdi manyetik özelliklere sahip bir jel – tamamen karbon temelli moleküllerden oluşmasına rağmen. ‘TEMPO manyetikleri’ olarak adlandırılan bu manyetik jel, diğer manyetik malzemelere çekilmesini ve manyetik alanlara yanıt vermesini sağlar. Bu, jelin uzaktan manipüle edilmesine olanak tanır. Örneğin, mideye konulan bir kapsül, cerrahi yapmak veya ilaç vermek için yönlendirilebilir.

Kaynak: University of Michigan

Bu TEMPO bazlı jelin manyetik özellikleri metal bazlı mıknatıslara göre daha zayıftır, ancak bu, biyomedikal uygulamalar ve belirli yumuşak robotikler için bir avantaj olabilir. Örneğin, MRI bu teknolojiyle birleştirilebilir; daha güçlü bir manyetik alan MRI’yı temelde kör ederdi. Bu durumda, MRI bir tıbbi kapsülün etkilerini, ilacın doğru şekilde ve nerede verilip verilmediğini ya da manyetik jel kapsülün sindirim sistemindeki hareketlerini izlemek için kullanılabilir.

Gelecek Adımlar

Bu özel projenin bir sonraki adımı bu tip jelin biyobozunur hâle getirilmesi olacak; bu, insan vücudu tarafından daha fazla tolerans sağlanmasını ve doğada kirlilik ve kontaminasyondan endişe etmeden kullanılabilmesini mümkün kılar.

Manyetik jellerin yanı sıra, 3D baskı/eklemeli imalat da yumuşak robotikler için bir ivme kaynağı olmalıdır. Yavaş kürlenen, elastik-plastik malzemeler mevcut seçeneklerin ötesinde protezler için iyi seçenekler sunar. Yumuşak robotik ve 3D baskının ortaya çıkan alanları arasındaki bu artan bağlantıyı makalemizde tartışıyoruz: “İnsan Gibi Eller: Yeni Eklemeli İmalat Yumuşak Robotiklerin Gerçek Olmasına Yardımcı Oluyor”.

Ayrıca 3D baskı sektörünü genel olarak “İzlenmesi Gereken En İyi 10 Eklemeli İmalat ve 3D Baskı Hissesi” makalemizde inceledik.

Sert Robotikten Uzaklaşma

Şu anda robotlar sessizce hayatımızın önemli bir parçası haline geldi. Ancak bu, çoğunlukla ağır, endüstriyel robotik kol tasarımlarıyla sınırlıydı. Son zamanlarda, dronlar ve daha küçük teslimat ya da lojistik robotlar daha fazla görevi devralmaya ve hatta savaşta önem kazanmaya başladı. Ancak bu tasarımlar hâlâ hidrolik ve ağır, metal bazlı sistemlere dayanıyor.

Kaynak: Unsplash

Çok katı malzemeler robotların uygulama alanlarını sınırlar; örneğin, hareket menzili kısıtlıdır veya hassas nesneleri işlemek zordur. Robotiklerin mekanik ve metalik doğası, tıpta, örneğin protezlerde veya iç nanorobotlarda uygulanmasını da büyük ölçüde kısıtlamıştır.

Yumuşak Robotlar

Plastikler, polimerler, metal teller veya diğer daha esnek bileşenler kullanarak sözde “yumuşak robot” geliştirmek için yoğun bir çaba sarf edildi. Daha yumuşak tasarımlar, robot inşa ederken doğadan ilham alan yeni kavramların kullanılmasına olanak tanımalı; bunu makalemizde tartıştık: “Robotik Nasıl Doğadan İlham Alabilir”.

• Bir güç kaynağına bağlanmaları gerekir.
• Genellikle birkaç önceden belirlenmiş şekil veya hareketle sınırlıdırlar.
• Oldukça ağırdırlar.

Kaynak: Youtube

Bu sınırlamaları ortadan kaldırma fikri, katı metal parçalar yerine manyetikler kullanmaktır. Bu, harici bir güç kaynağı ihtiyacını ortadan kaldırır ve olası şekil ve hareket çeşitliliği ile daha fazla esneklik sunar.

Ancak metalik manyetikler hâlâ ağırdır. Ayrıca, çoğu zaman bir ölçüde toksiktir, bu da tıbbi uygulamalardaki faydalarını çok sınırlı kılar. Bu üzücü, çünkü robotların yumuşak ve kırılgan dokularla tıbbi ihtiyaçlar için etkileşimi, yumuşak robotiklerin en umut verici uygulamalarından biridir.

Bununla birlikte, fizik kuralları manyetiklerin mutlaka metalden yapılması gerektiğini söylemez. Tek gereklilik manyetik özelliklerdir. Ve diğer malzemeler de bu ihtiyacı karşılayabilir – tıpkı TEMPO manyetikleri gibi.

Yumuşak veya Manyetik Robotik Hisseleri

1. Stereotaxis

Stereotaxis, tıbbi telerobotik alanında bir liderdir. Genesis RMN (Robotik Manyetik Navigasyon) sistemi, hastanın vücudundaki kateterleri yönlendirmek için manyetik alanlar kullanır. Bu özellikle kardiyak cerrahi ve diğer endovasküler tedavilerde kullanılır.

Bu sektörde mevcut tek robot olup, laparoskopik cerrahinin Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) ve Stryker (SYK – Mako robot) ve Medtronic (MDT – Mazor robotik) gibi firmalar tarafından domine edilen açık cerrahi robotlarından farklıdır. Bu 2 şirketi ve diğerlerini makalemizde “En İyi 5 Robotik Cerrahi Hissesi” başlıklı yazıda tartıştık.

Bu yöntem, manuel kontrol ve operatör gücüne dayanan katı kateterlere olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve hastalar için olumsuz olay riskini artırır.

Ayrıca, kateter uygulamasının geleneksel yöntemi X-ışınları gerektirir; bu da özellikle prosedürü düzenli yapan tıbbi personele radyasyon maruziyeti yaratır. Bu durumun doktor ve hemşirelerde kanser oluşumuna yol açabildiği iyi bilinen bir fenomendir.

Kaynak: Stereoaxis

Manuel prosedür aynı zamanda çok fazla beceri gerektirir; bu da maliyetli eğitim ihtiyacını doğurur ve operatörün deneyimine bağlı olarak değişken başarı oranları görülür.

Klasik yöntemlerle karşılaştırıldığında, Stereotaxis’in çözümü %72 daha az komplikasyon ve %36 daha az radyasyon maruziyeti sağlar.

Şirket, sistemini zaten 100’den fazla hastaneye kurdu ve 100.000’den fazla hastayı tedavi etti.

Stereotaxis zaten ameliyatlarda uzaktan manyetik navigasyon kullandığından, şirketin organik manyetik robotiklerin ortaya çıkmasını benimseyebilecek ideal konumda olması mantıklıdır. Ve RMN robotlarının, hastanelerde manyetik organik jel teknolojisinin dağıtımının temeli olmasını görebilir.

2. 3D Systems Corporation

3D baskı sektörünün bu lideri, 2017 yılında United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) ile bir araştırma iş birliği yaparak biyobaskıya da yöneldi. 2021 yılında bio-mürekkep üreticisi Allevia’yı satın aldı. Ve 2020 yılında CollPlant Biotechnologies (CLGN ) (CLGN) ile bir iş birliği duyurdu.

Bu satın alma, 3D Systems’ (DDD ) e biyolojik malzemelerin baskısı alanında bir önde olma avantajı sağladı. Şu anda Allevi biyobaskı cihazının 3 modelini ticarileştiriyor.

Kaynak: 3D Systems

3D baskılı tıbbi cihazlar ve protezlerin artan bir üreticisi ve aynı zamanda biyobaskı lideri olarak, şirketin uzaktan kontrol edilen organik manyetik jel için yeni uygulamalar bulmakla ilgilenebileceğini hayal edebiliriz.

Dolayısıyla, manyetik jel kullanan yumuşak robotiklerin artan bir tıbbi uygulama haline gelmesi durumunda, 3D Systems’in bu tıbbi devrimin bir parçası olmasını ve bu yeni tedaviler için ilgili araçları 3D baskı yapmasını bekleyebiliriz.

(Biyobaskı alanını derinlemesine incelediğimiz makalemizde “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”).

3. Desktop Metal, Inc.

Desktop Metal , 650’den fazla patente, 250’den fazla olası malzemeye ve 6.000 müşteriye sahip bir diğer büyük 3D baskı lideridir. Odak noktalarından biri, 3D baskı endüstrisinin uzun süredir hedeflediği metal 3D baskıdır.

Ayrıca, diş bakım teknolojisini içeren Alman EnvisionTEC’i satın alarak sağlık sektöründe de aktiftir. Bu, lider ortodonti firması Align Technology (ALGN ) ile stratejik bir ortaklık ile eş zamanlıdır.

EnvisionTEC ile birleşme, Desktop Metal’in Desktop Health 3D yazıcısını geliştirmesine de yardımcı oldu. Bu, tam hücre/organ 3D yazıcıdan çok bir iskele (scaffold) yazıcıdır. Yine de, biyobaskının kalıcı bir iskele olarak hidrojel veya diğer polimerleri gerektirmesi durumunda, bu Desktop Health için güçlü bir teknolojik avantaj olacaktır.

Kaynak: Desktop Metal

Biyobaskı ve sağlık odaklılık 3D Systems’e göre daha az güçlü olsa da, Desktop Metal’in 3D baskı ile organik manyetik jelleri birleştirme potansiyeline de ilgi duyabileceği imkansız değildir.

4. Soft Robotics

Bu şirket, özel olarak listelenmiş olup, gıda işleme endüstrisi için yumuşak kavrama özelliğine sahip bir robot olan mGripAI’yi, tam 3D görüş ve AI sistemiyle birlikte geliştirmeye odaklanmıştır.

Kaynak: Soft Robotics

Ayrıca bu videoda çalışırken görebilirsiniz. Tıbbi segmente girmesi olası olmasa da, şirket bir gün gıda endüstrisinde kullanılmak üzere manyetik yumuşak robotiklerin toksik olmayan bir versiyonuna ilgi duyabilir. Bu, organik manyetik jel biyobozunur hâle getirilebilirse özellikle geçerlidir.