Micro-razzo esplorerà lo stomaco umano spinto da bolle

Una delle prossime frontiere della scienza medica sarà l'esplorazione del corpo umano attraverso microsonde capaci di spostarsi all'interno di vasi sanguigni e vie respiratorie, o lungo tutto il sistema digestivo.
Questi robot su scala micrometrica saranno spinti da motori elettrici o chimici, ma pochi potranno raggiungere la velocità della microsonda realizzata da Wei Gao, Aysegul Uygun, e Joseph Wang della University of California: può coprire la distanza di 1000 micron al secondo, spinta da minuscole bolle di idrogeno.
Non si tratta del primo micro-razzo mai costruito: i modelli precedenti, capaci di muoversi liberamente in ogni direzione, operavano per la maggior parte tramite qualche meccanismo di produzione di bolle d'ossigeno, sfruttando propellenti come il perossido di idrogeno (acqua ossigenata).
Il problema con questi motori è che l'acqua ossigenata limita grandemente l'operatività delle sonde: sebbene sia un utilissimo disinfettante, e sia stato largamente impiegato come propellente per razzi tradizionali, potrebbe provocare seri danni all'organismo umano se accumulata in quantità sufficiente.
"E' il primo esempio di micro-razzo chimico che può autoalimentarsi senza propellente esterno (come il comune perossido di idrogeno)" sostiene Wang. "Questi micro-razzi ad acido potrebbero espandere di molto la capacità dei micro/nanomotori spingendoli verso nuovi ambienti estremi (come lo stomaco umano), e potrebbero portarci a nuove applicazioni biomediche e industriali che vanno dai farmaci personalizzati alla realizzazione di immagini su scala nanometrica per monitorare i processi industriali".

I micro-razzi precedentemente realizzati da Wang, e presentati in una ricerca pubblicata nel 2011, erano alimentati da acqua ossigenata e si erano dimostrati efficaci nell'intercettare cellule cancerose, catturarle e allontanarle dalla loro posizione originale.
Il nuovo micro-razzo di Wang è un piccolo tubo di 10 micrometri con un diametro di 2-5 micrometri. La struttura è stata realizzata tramite un comune polimero, con la superficie interna ricoperta da un sottile strato di zinco. Quando viene immerso in una soluzione acida, lo zinco inizia a perdere elettroni e promuove la formazione di bolle d'idrogeno.
La velocità dei micro-razzi aumenta in modo inversamente proporzionale al livello di acidità della soluzione in cui sono immersi. Il micro-razzo più veloce finora realizzato ha toccato la velocità di 1.050 micrometri al secondo con un pH di -0,2, con una velocità "di crociera" di 10 micrometri al secondo ottenibile con un pH di 1,3.
Sebbene i livelli di acidità sfruttabili siano ristretti, sono perfetti per far viaggiare questi micro-razzi all'interno dello stomaco, che ha un pH che oscilla tra 0,8 e 2. A questi livelli di acidità, un micro-razzo può funzionare per 10 - 120 secondi, in base al ritmo di dissoluzione dello zinco.
I ricercatori hanno anche dimostrato la possibilità di controllare la direzione di questi micro-razzi, e di poter caricare, trasportare e rilasciare un carico. La guida viene eseguita magnetizzando i micro-razzi e utilizzando dei magneti per orientarli in una precisa direzione. Sfruttando il magnetismo, queste sonde sono anche capaci di catturare un carico di polistirene, trasportarlo lungo un percorso specifico e rilasciarlo una volta giunte a destinazione.
"Con ulteriori miglioramenti e ottimizzazioni, speriamo di espandere l'ambiente di lavoro verso condizioni più miti, e di estendere la vita di questi micro-razzi. Stiamo anche esplorando nuovi materiali per allargare il raggio d'azione dei nostri micromotori verso nuovi ambienti" conclude Wang.
Bubble-propelled microrockets could operate in the human stomach