Znanstvena fantastika: robot mikrometarskih ili još manjih, nanometarskih dimenzija koji se slobodno giba ljudskim tijelom, svuda stiže i sve popravlja. Sjećam se znanstveno-fantastičnog filma u kojem podmornica smanjena na veličinu nešto veću od crvenog krvnog zrnca putuje po cijelom tijelu, obilazeći organe. Ili su, ne sjećam se više, snimljena dva filma na tu temu. No to je, rekoh, znanstvena fantastika – fantazija, ali fantazija koja malo po malo postaje stvarnost.

Da bi se sićušni robot, mikrorobot mogao gibati tjelesnim tekućinama treba ga nekako pogoniti i nekako usmjeravati. Priroda je taj problem odavno riješila dajući jednostaničnim organizmima, od bakterija do spermatozoida, flagele, sitne bičeve, bičiće (lat. flagella) koji svojim gibanjem guraju stanicu kroz vodu i biološke tekućine. Flagele su često mnogo puta duže od bakterijskih stanica. Taj sustav za kretanje vrijedan je svakog divljenja jer omogućuje jednostaničnom organizmu da se guba brzinom od 25 do 30 µm/s, a u ekstremnim slučajima (Vibrio cholerae) i 55 µm/s. To je velika brzina, i apsolutno i relatiavno. Brzina od 55  µm/s isto je što i brzina od 198 mm/h, a kad se u obzir uzme veličina bakterijske stanice, proizlazi da se uzročnik kolere kreće brzinom od 130 km/h. Takvu brzinu jedva da dostiže najbrža kopnena životinja, noj (120 km/h), dok najbrža riba, sabljarka – dakle životinja koja se kreće kroz tekućinu kao i bakterija – postiže brzinu od „samo“ 100 km/h.

No vratimo se na tehnologiju. Flagele su složene supramolekulske strukture koje je vrlo teško imitirati, pa ćemo na robote koji se kreću poput spermatozoida ili bakterija trebati pričekati. Umjesto flagela mikrorobotičari se služe mnogo jednostavnijim pogonskim sredstvima. Jedno od njih je mjehurić zraka.

Tome svjedoči i znanstveni rad „High shear rate propulsion of acoustic microrobots in complex biological fluids“, što ga je prošle godine objavila skupina od pet znanstvenika iz Sjedinjenih Država, Njemačke, Švicarske i Turske u časopisu Science. Njihov je „akustički mikrorobot“ (acoustic microrobot) posve jednostavan uređaj: riječ je o kapsuli širokoj D = 30 µm, dugoj L = 27 µm s otvorom širine d = 9 µm. U njoj se nalazi mjeruhić zraka promjera r = 9 µm. Mikrorobot je izrađen od silikonskog elastomera poli(dimetilsiloksana), PDMS, polimera koji se koristi za izradu transplantata.

Djelovanjem ultrazvuka mjehurić zraka počinje vibrirati, a s njime i fluid oko njega, pa to gibanje pokreće kapsulu. To je lako reći, no gibanje mikrorobota može se objasniti tek uvidom u složenu fiziku fluida, jer s jedne strane stoji sila uzrokovana gibanjem tekućine, a s druge sila otpora izazvana njezinom viskoznošću. Stoga se razlikuju dvije vrste tekućina, njutnovske i nenjutnovske. Najjednostavnije rečeno, u njutnovskima se tekućinama kapsula giba izbacivanjem (reaktivnim mlazom) tekućine dok se u nenjutnovskim tekućinama kapsula giba uvlačenjem fluida: u prvom slučaju strujanje tekućine kapsulu gura, a u drugom je slučaju vuče. Iskorištavanje ovog drugog načina gibanja najveći je znanstveni doprinos spomenutog rada. Biološke tekućine (krv, limfa, suze, slina) su naime vrlo viskozne, pa ako se hoće napraviti mikrorobot primjenjiv u medicini, mora ga se napraviti tako da se može gibati i u nenjutnovskim tekućinama.

Tako je i bilo. Pokazalo se da se mikrorobot može gibati i u njutnovskim i u nenjutnovskim tekućina. Za to su poslužile smjese glicerola i (deionizirane) vode (Gl-DI) sa 20 – 60 % glicerola i viskoznošću 1 – 10 mPa s. Osim na tima, njutnovskim tekućinama, mikrorobot je iskušan i na nenjutnovskim fluidima, poput otopine krvnog seruma fetusa goveda (FBS), mišje krvi ili mukoze, dakle na tekućinama stotinama puta veće viskoznosti (100 – 1000 mPa s). Brzina u tekućinama jedne i druge vrste kretala se između 100 i 1000 µm/s (u ekstremnim slučajevima i 1400 µm/s  = 5 m/h), što je 2 - 20 puta brže od gibanja najbrže bakterije, Vibrio cholerae.

Iako se silikonska mikrokapsula kreće brže od bakterije, unatoč tome što može, poput bakterije doprijeti do svakog organa i svakog tkiva, ona ipak ne može sama odrediti svoj smjer kretanja poput bakterija, koje to čine prema izvoru hrane, kiselijoj sredini i sl., nego će to morati učiniti liječnik ultrazvučnom sondom. Primjena? Najjednostavnija: njome će se moći isporučiti ljekovita tvar na mjestu gdje treba i kada treba. No to ne znači da neće biti i drugih primjena ovog nadasve jednostavnog robota.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 14 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih je posljednja  „Kemija – muza arhitekture“, napisana u koautorstvu s arhitektom Zvonkom Pađanom.