På Linköpings universitet har man utvecklat en teknik för att tillverka mikroskopiska gripverktyg, också kallade mikromuskler.

Ett mål är att kunna sammanfoga nervtrådar och operera blodkärl med ett mikrokirurgiskt verktyg som får plats i en nål.


- Vi tror att en operationsutrustning som använder sig av mikromuskler kan finnas tillgänglig på marknaden inom tre till fem år, säger Edwin Jager, en av doktoranderna som arbetar med att utveckla mikromuskler på Linköpings universitet.

Tekniken som Edwin Jager utvecklar bygger på tidigare forskning som bland andra Edwins handledare, docent Olle Inganäs, jobbat med sedan slutet av åttiotalet. Grundidén är att en elektriskt ledande polymer, exempelvis polypyrrol eller polyanilin, ändrar sin volym genom oxidation och reduktion.

Alltså, genom att variera spänningen över en polymer kan man få den att minska respektive öka i volym. Det behövs bara en spänningsskillnad på en volt för att åstadkomma maximal volymförändring i plasten. Än så länge kräver polymererna en våt miljö, till exempel saltlösning, för att volymförändringen ska fungera tillfredsställande men prover pågår i syfte att åstadkomma samma resultat i torr miljö.

För att kunna skapa en mekanisk rörelse krävs det att plasten sammanfogas med ett icke volymförändrade skikt, i det här fallet guld som även har bra ledningsegenskaper.



En spänning styr gripverktyget


Tillverkningen av mikromuskler, eller rörliga mikroverktyg, sker på samma sätt som när man tillverkar en halvledarkrets. En kiselskiva täcks med ett kiseloxidlager på en mikrometer. På oxiden läggs sedan, genom förångning, ett 50 Ångström (5 nm) tunt kromlager för att den 200 Ångström tjocka guldfilmen ska kunna fästa ordentligt.

Nästa steg är att påföra polypyrrolskiktet med hjälp av så kallad elektropolymesering. För att få fram verktygets form etsar man sedan med hjälp av sedvanlig fotolitografisk teknik - maskningsteknik - de mönster man önskar i krom- guld- och polymerskikten. Mönstret bestämmer mikromuskelns funktion.

Edwin Jager arbetar med att prova olika gripverktyg. En produkt som han utvecklat är konstruerad att fånga och hålla små objekt som en tunn tråd eller en nervfiber. När en negativ spänning läggs på gripverktyget ser det ut som en lång kam, men tar man bort spänningen rullar kammens alla fingrar ihop sig och låser på så sätt tråden i sitt läge. Försök pågår nu att istället för en tråd fånga och hålla nervfibrer i sitt läge.

Ett annat gripverktyg ser ut som en arm med armbågsled, handled och en hand som kan gripa.

Edwin Jager har även varit med att utveckla en låda med lock i mikroformat. Den vill forskarna i Linköping använda som testkammare för att studera enstaka celler och se hur de beter sig under tryck och andra externa störningar.

- Det är egentligen bara fantasin som sätter gränser för hur vi kan utnyttja tekniken, säger han.

- Det är relativt lätt att konstruera och forma mikromuskler och det går även att steglöst ändra deras läge genom att variera spänningen mellan 0 och -1 V.



Fungerar som bilbatteri


Det kan man åstadkomma genom att till styrningen av mikromuskeln lägga en referenselektrod. Styrningen som fungerar enligt reduktions- och oxideringsprincipen. Ungefär som ett bilbatteri med en producerande elektrod och en mottagande elektrod i en flytande elektrolyt.

- Tanken är också att använda polymertekniken för att utveckla gränssnitt mellan nerver och elektriska signaler. I förlängningen kan man utveckla mer sofistikerade och känsliga handproteser, säger Tobias Nyberg som även han är doktorand inom området elektrokemisk polymerteknik.

Tobias Nybergs arbete går ut på att utvärdera polymerelektroder för att kontaktera nervfibrer i mikrometerstora kanaler på en polymerplatta som sedan rullas ihop så att kanalerna ligger i cylinderns längdriktning. För att styra nervtillväxten till elektroderna i kanalerna, alltså hålen i cylindern, förses dessa med särskilda proteiner som gör att nervfibrerna fäster på elektrodytan. Målet är att en nervfiber ska växa i en kanal. Således kan man koppla samman en protes med människokroppen.

Docent Olle Inganäs, som leder forskningsarbetet, tror mycket på mikrorobottekniken med elektriskt ledande polymerer. Såpass mycket att han startat ett företag som äger flera av patenten och även söker patent på nya forskningsresultat inom området.

- Siktet är klart inställt på att utveckla kommersiella mikrorobotprodukter för den medicintekniska marknaden, säger Olle Inganäs.

I första hand rör det sig om instrument och verktyg för mikrokirurgiområdet.

- Mikrorobotens begränsning är att den bara fungerar i en våt miljö, men för oss är det optimalt eftersom vi gör produkter som ska fungera i människokroppen.

Edwin Jager och en medicinforskare ingår också i företaget som heter Micromuscle.

Thomas Hedlund