सर्जन जल्द ही पूरे शरीर में सूक्ष्म रोबोटों को निष्पादित करने के लिए छोटे रोबोटों की सेनाओं की तैनाती करेंगे। हालांकि यह विज्ञान कथा की तरह लग सकता है , Drexel विश्वविद्यालय के एक शोध दल ने एक माइक्रो-रोबोटिक तकनीक विकसित की है जिसे एक महत्वपूर्ण मिशन के लिए माना जा रहा है - जो धमनियों के माध्यम से ड्रिलिंग करता है।
अलिंद सजीले टुकड़े तब होते हैं जब वसा, कोलेस्ट्रॉल, कैल्शियम और अन्य पदार्थ धमनियों की आंतरिक दीवारों पर जमा होते हैं, जो पूरे शरीर में रक्त ले जाते हैं। समय के साथ, ये धमनियां सख्त और संकीर्ण हो जाती हैं। एथेरोस्क्लेरोसिस नामक यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण अंगों तक पहुंचने के लिए ऑक्सीजन समृद्ध रक्त की क्षमता को सीमित करती है और दिल के दौरे या स्ट्रोक के लिए जोखिम बढ़ाती है। यद्यपि एथेरोस्क्लेरोसिस का कारण अज्ञात है, आदतों का एक संयोजन (जैसे गतिविधि स्तर, धूम्रपान और आहार), आनुवंशिक जोखिम कारक और उम्र इसके विकास में योगदान करते हैं। अवरुद्ध धमनियों के लिए दो पारंपरिक सर्जिकल दृष्टिकोण एंजियोप्लास्टी और बाईपास सर्जरी हैं। एंजियोप्लास्टी के दौरान, एक संवहनी सर्जन रक्त वाहिका के अंदर एक छोटा गुब्बारा फुलाता है और धमनियों को खुला रखने और रक्त प्रवाह में सुधार करने के लिए एक स्टेंट नामक एक धातु जाल ट्यूब सम्मिलित करता है। इसके विपरीत, एक बाईपास सर्जरी में संकीर्ण धमनी को बायपास करने के लिए अनब्लॉक किए गए नसों या धमनियों का उपयोग करके रक्त के प्रवाह को पुन: उत्पन्न करना शामिल है।
हालाँकि, नैनोमेडिसिन में यह नया नवाचार छोटे माइक्रोबिड्स का रूप ले लेता है, जो एक साथ मिलकर एक कॉर्कस्क्रू जैसी संरचना बनाते हैं जो शरीर के संवहनी तंत्र के विश्वासघाती जल को नेविगेट करने में सक्षम है। सूक्ष्म-तैराकों को छोटे लोहे के ऑक्साइड मोतियों से बनाया जाता है, जो 200 नैनोमीटर के छोटे होते हैं, एक श्रृंखला में एक साथ जुड़ते हैं। ये मोती "अकार्बनिक, जैव-रासायनिक सामग्रियों से बने होते हैं, जो एक प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रिया को ट्रिगर नहीं करेंगे, " मिनजुन किम, ड्रेक्सल यूनिवर्सिटी कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग में प्रोफेसर कहते हैं।
रक्त प्रवाह के माध्यम से आंदोलन को प्रेरित करने के लिए, श्रृंखला एक सूक्ष्म रूप से कैलिब्रेटेड बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में है। इस क्षेत्र के घूमने से श्रृंखला एक कताई पेचदार संरचना का निर्माण करती है जो रक्त प्रवाह के माध्यम से खुद को प्रेरित करती है। इस चुंबकीय क्षेत्र के गुण धमनी रोड़ा की प्रकृति के आधार पर माइक्रो-तैराक श्रृंखला की गति, दिशा और आकार को नियंत्रित करने में मदद करते हैं (जिस बल के साथ यह चलता है)।
किम कहते हैं, "दवा में सूक्ष्म रोबोट का उपयोग वास्तव में एक नया क्षेत्र है, जिसके लिए एक मजबूत बहु-विषयक अनुसंधान पृष्ठभूमि की आवश्यकता होती है।"
सूक्ष्म तैराक के लिए अद्वितीय डिजाइन प्रकृति से ही प्रेरित था - एक सूक्ष्मजीव जिसे बोरेलिया बर्गदोर्फ़ेरी कहा जाता था। (ड्रेसेल यूनिवर्सिटी) सूक्ष्म तैराक के लिए अद्वितीय डिजाइन प्रकृति से ही प्रेरित था - एक सूक्ष्मजीव जिसे बोरेलिया बर्गदोर्फ़ेरी कहा जाता था। इस जीवाणु की सर्पिल संरचना, जो लाइम रोग पैदा करने के लिए जिम्मेदार है, यह आसानी से शारीरिक द्रव में घुसपैठ करने और व्यापक क्षति का कारण बनता है।
धमनी पट्टिकाओं को हटाने के लिए, वैज्ञानिक सूक्ष्म-तैराकों को पहुंचाने के लिए कैथेटर का उपयोग करेंगे और गुदगुदी धमनी को साफ करने के लिए एक छोटे संवहनी ड्रिल करेंगे। तैनाती पर, माइक्रो-तैराक कठोर पट्टिका को ढीला करते हुए प्रारंभिक हमले का शुभारंभ करेंगे, जो सर्जिकल ड्रिल द्वारा बदले में समाप्त हो जाएगा। सर्जरी के बाद, बायोडिग्रेडेबल मोतियों को स्टाइमी फ्यूचर प्लाक बिल्डअप में मदद करने के लिए रक्तप्रवाह में थक्कारोधी दवाओं को छोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
किम ने एक प्रेस विज्ञप्ति में कहा, '' कुल जीर्णोद्धार के लिए मौजूदा उपचार केवल 60 प्रतिशत सफल हैं । "हम मानते हैं कि हम जिस पद्धति को विकसित कर रहे हैं वह 80 से 90 प्रतिशत तक सफल और संभवतः पुनर्प्राप्ति समय को कम कर सकती है।"
सूक्ष्म-तैराकों के लिए, शोधकर्ताओं ने तीन छोटे लोहे के ऑक्साइड मोतियों की विषम संरचनाओं का उपयोग किया। (ड्रेसेल यूनिवर्सिटी) अनुसंधान दल को ऐसे सूक्ष्म स्तर पर कार्यात्मक रोबोट विकसित करने के लिए कई चुनौतियों से पार पाना था। किम का कहना है, '' माइक्रोस्कोपिक दुनिया उस स्थूल दुनिया से बिल्कुल अलग है, जिसमें हम सभी रहते हैं। "हम स्थूल दुनिया में घूमने के लिए जड़ता का उपयोग करते हैं, लेकिन सूक्ष्म स्तर पर जड़ता आंदोलन के लिए उपयोगी नहीं है।" परिणामस्वरूप, वैज्ञानिकों को सूक्ष्म-तैराकों के लिए असममित (या चिरल) संरचनाओं का उपयोग करना पड़ा। “हम एकल-मनका और दो-मनका सूक्ष्म-तैराक बना सकते हैं, लेकिन जब हम चुंबकीय क्षेत्र को लागू करते हैं तो वे बिल्कुल भी स्थानांतरित नहीं कर सकते क्योंकि उनकी संरचना सममित होती है। इसलिए एक गैर-सममित संरचना बनाने के लिए हमें कम से कम तीन मोतियों का उपयोग करने की आवश्यकता थी, “किम कहते हैं।
शोधकर्ताओं ने एक और बाधा रक्त के जटिल तरल गुणों का सामना किया। पानी के विपरीत, रक्त को एक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ के रूप में संदर्भित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि तरल पदार्थ की इसकी चिपचिपाहट (या प्रतिरोध) प्रवाह की गति के सीधे आनुपातिक नहीं है जिसके साथ यह बहती है। नतीजतन, किम और उनकी टीम द्वारा विकसित माइक्रो-तैराकों के नियंत्रण के लिए एल्गोरिदम गैर-रेखीय तरल गतिकी पर आधारित थे और बहुत अधिक विस्तृत थे। किम कहते हैं, "यह गैर-रैखिक नियंत्रण रोबोट को सूक्ष्मदर्शी में हेरफेर करने के लिए बहुत अधिक कठिन बनाता है।"
इस तकनीक को कार्डियोवस्कुलर सर्जिकल टीमों द्वारा रोजमर्रा के उपयोग के लिए विस्तारित करने के लिए ड्रेक्सेल के वैज्ञानिक डेगू ग्योंगबुक इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी में शामिल हुए हैं। अब तक, सूक्ष्म-तैराकों को केवल कृत्रिम रक्त वाहिकाओं में परीक्षण किया गया है। अंतर्राष्ट्रीय मूल्यांकन, कोरिया मूल्यांकन औद्योगिक प्रौद्योगिकी संस्थान द्वारा वित्त पोषित $ 18 मिलियन की परियोजना ने संयुक्त राज्य अमेरिका, कोरिया और स्विट्जरलैंड में 11 अन्य संस्थानों के शीर्ष इंजीनियरों की भर्ती की है। उन्हें उम्मीद है कि चार वर्षों के भीतर मानव नैदानिक परीक्षणों में प्रौद्योगिकी होगी।
धमनियों के लिए प्लंबिंग उपकरणों के रूप में माइक्रो-तैराकों के उपयोग के अलावा, शोधकर्ता अन्य संभावित जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों की जांच कर रहे हैं, जैसे कि अधिक लक्षित दवा चिकित्सा और उच्च रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग तकनीक। "उदाहरण के लिए, मोतियों को मुश्किल-से-पहुंच कैंसर ट्यूमर कोशिकाओं में सीधे प्रवेश करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जहां दवा को लक्ष्य में छोड़ा जाएगा, जिससे दवा की दक्षता बढ़ जाएगी।"
1966 की साइंस फिक्शन फिल्म फैंटास्टिक वॉयज और इसके स्टीवन स्पीलबर्ग द्वारा निर्देशित रीमेक इनर्सस्पेस द्वारा किम की दिलचस्पी नैनो टेक्नोलॉजी के क्षेत्र में बढ़ गई थी। इन दोनों फिल्मों में एक मानव-प्रायोगिक पनडुब्बी का लघुकरण शामिल है जिसे बाद में एक जीवन-रक्षक मिशन पर मानव शरीर में इंजेक्ट किया गया।
किम कहते हैं, "जब मैं 1987 में हाई स्कूल में था, तब मैं इनरस्पेस देख रहा था। फिल्म में माइक्रो-रोबोटिक्स और नैनोमेडिसिन की कई अवधारणाएँ हैं, जिन्होंने इस क्षेत्र में खुद को और अन्य शोधकर्ताओं को प्रेरणा के रूप में काम किया है।" "मैं एक ऐसी परियोजना का हिस्सा बनने के लिए उत्साहित हूं जो इस विज्ञान कथा को वास्तविकता में लाने में शामिल है।"
