Nanočástice, které jsou 15tisíckrát menší nežli špendlíková hlavička, by mohly ve velkých hejnech pronikat z krevního oběhu do mozku pacienta a dopravit do něj potřebné léky. Taková léčba by mohla velmi prospět pacientům v rané fázi mozkové mrtvice.
Kostas Kostarelos z britské University of Manchester a jeho kolegové zjistili, že liposomy, nepatrné lipidové váčky o velikosti 100 nm, mohou proniknout ochrannou hematoencefalickou bariérou mozku. Za normálních okolností to nejde, ale když je tato bariéra poškozená mrtvicí, tak se liposomy dostanou dovnitř a mohou tam dopravit potřebné léky.
S mozkem je problém v tom, že má svůj vlastní bezpečnostní systém. Je to soustava krevních cév a několikastupňových bariér, která umožňuje vstoupit potřebným živinám, ale zároveň blokuje přístup potenciálně škodlivým látkám. Hematoencefalická bariéra je natolik účinná, že se do mozku bohužel nedostanou ani léky, které by mohly léčit mrtvici i další závažná poškození mozku.
Podle badatelů je hematoencefalická bariéra jednou z posledních hranic v medicíně a biologii člověka, kterou nám ještě zbývá pokořit. Příroda ji vytvořila až příliš dobře. Pokud se nám to ale podaří, tak to bude velkým přínosem pro léčbu mozku, nejen v případě mrtvice.
Kostarelosův tým použil liposomy v experimentu na myších. Pomocí mikroskopických snímků a pokročilých zobrazovacích technik se jim podařilo prokázat, že liposomy skutečně mohou proniknout poškozenou hematoencefalickou bariérou a dopravit tam náklad. V budoucnu by lékaři mohli s pomocí liposomů dostat do mozku po mrtvici látky, které ochrání mozkové neurony před dalším poškozením.
Transportní 3D tištěné mikrodonuty ve výzkumu i v medicíně
Bakterie a další mikroorganismy si během dlouhých eonů evoluce vyvinuly celou řadu mechanismů, díky nimž se vypořádávají s okolním prostředím. Vědci a inženýři se teď snaží jejich triky okopírovat a využít je v náš prospěch.
Remmi Danae Bakerová z americké Pennsylvania State University a její spolupracovníci v rámci těchto snah vyvinuli 3D tištěné mikroskopické donuty, které jsou potažené vrstvou niklu a platiny. Jejich cílem bylo překlenout mezeru, která doposud existuje mezi velmi malými „transportéry nákladu" biologického původu a výrazně většími syntetickými „transportéry".
Mikrodonuty týmu Bakerové napodobují biologické chování. Podle svých tvůrců by se časem mohly stát součástí stále populárnějších laboratoří na čipu, které se dnes používají k nejrůznějším účelům. Zároveň mají slušný potenciál pro uplatnění v medicíně.
Badatelé své mikrodonuty vytvořili pomocí sofistikované 3D tiskárny Nanoscribe Photonic Professional GT. Na této tiskárně si vytiskli plastové mikrodonuty o velikosti 3, 7 nebo 14 µm, na nichž vytvořili detaily až o velikosti 200 nm. Velikost těchto mikrodonutů přitom přibližně odpovídá průměru vlákna hedvábí. Uvedená 3D tiskárna používá technologii přesného laserového tisku, díky čemuž je možné vytvářet takové objekty.
Platina je součástí pohonu mikrodonutů, neboť rozkládá peroxid vodíku. Nikl má v mikrodonutech dvojí účel. Platina by sama o sobě na plastovém donutu nedržela, ale mřížka z niklu a platiny už ano. A nikl je magnetický, takže s těmito mikrodonuty je možné manipulovat působením magnetického pole.
Mikroboty na radioaktivní odpad
Jaderná energie představuje jednu z možností, jak se vyrovnat se stále větší poptávkou po energii, a zároveň přitom nezhoršovat situaci se skleníkovými plyny a globálním oteplováním. Problém je v tom, že jaderná energetika vytváří odpad, který obsahuje nebezpečné radioaktivní izotopy.
Vědci se proto snaží vyvinout technologie, které by umožnily odstraňovat radioaktivní izotopy, jak z odpadů při provozu jaderných elektráren, tak i z prostředí v případě ekologické havárie. Martin Pumera z VŠChT v Praze a jeho spolupracovníci vytvořili mikroboty s vlastním pohonem, které dovedou odstraňovat radioaktivní uran ze simulované odpadní vody.
Pokud dojde k úniku většího množství radioaktivního materiálu do prostředí, jako se to stalo například během jaderných havárii v Černobylu nebo ve Fukušimě, tak to znamená velké ohrožení jak pro životní prostředí, tak i pro lidi v širokém okolí. Vědecké týmy po světě proto vyvíjejí materiály, které dovedou oddělovat a odstraňovat radioaktivní izotopy. Mezi ty nejvíce slibné náležejí takzvané MOFy (metal-organic frameworks), vysoce porézní kovoorganické sloučeniny, které mohou lapat různé látky.
Pumarův tým použil ke stavbě mikrobotů tyčinkovité částice z MOFu zvaného ZIF-8, které mají průměr asi 1/15 lidského vlasu. K nim přidali atomy železa a nanočástice oxidu železa, aby stabilizovali strukturu mikrobotů a poskytli jim magnetické vlastnosti. Na jeden z konců každého mikrobota umístili katalytické nanočástice platiny, které reagují s peroxidem vodíku a vytvářejí tím bublinový pohon mikrobotů. Takto zkonstruované mikroboty dokázaly za jedinou hodinu odstranit 96 % uranu ze simulované radioaktivní odpadní vody.
3D tištěné plasty s výkonnými elektrickými obvody
Odborníci americké Rutgers University vytvořili 3D tištěný plastový materiál, v němž jsou zabudovány vysoce výkonné elektrické obvody. Tento materiál by se mohl velmi dobře uplatnit například v malých dronech, malých satelitech, biomedicínských implantátech nebo chytrých strukturách.
Vedoucí vývoje Rajiv Malhotra a jeho kolegové použili pulzy energetického záření, s jehož pomocí spekli nanodrátky stříbra ve 3D tištěném materiálu do podoby elektrických obvodů. Malhotrův tým při výrobě nového materiálu uplatnil technologii „Intense pulsed light sintering", která zahrnuje intenzivní záření xenonové lampy. Takto vytvořené obvody přitom vedou elektřinu desetkrát lépe než současné srovnatelné technologie. Díky tomu jsou výsledná zařízení méně náročná na spotřebu energie, což není nikdy na škodu. Také mají větší výkon a větší výdrž.
Výkonné elektrické obvody ve 3D tištěných polymerových materiálech by se mohly stát základem nových typů zařízení, která budou menší, výkonnější a méně náročná na spotřebu energie v porovnání s jejich předchůdci. Týká se to kupříkladu nanosatelitů typu CubeSat, různých typů dronů malé velikosti, rozmanitých vysílačů, celé škály senzorů nebo zařízení s technologií GPS. Podobné obvody se dnes rovněž využívají v anténách, elektrických cívkách nebo třeba v elektrických sítích pro elektromagnetické stínění.
Badatelé se teď soustředí na vývoj plně 3D elektrických obvodů ve 3D tištěném materiálu, na vylepšení vodivosti zabudovaných obvodů a na vytvoření ohebné varianty tohoto pozoruhodného materiálu.