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Smart Technologies für die Tumortherapie

Abteilung Smart Technologies für die Tumortherapie

Prof. Dr. Tian Qiu

Nanoroboter navigieren durch den Glaskörper des Auges, um minimal-invasiv Medikamente in die Netzhaut zu einzubringen.
© dkfz.de

Unsere Abteilung beschäftigt sich mit Mikro-/Nano-Robotik und intelligenten Mikrosystemen für biomedizinische Anwendungen. Wir entwickeln neuartige Ansätze zur Integration von Sensorik, Berechnung und Ansteuerung in kleinem Maßstab, um medizinische Verfahren zu verbessern. Ein Schwerpunkt ist die drahtlose Adressierbarkeit und die Implementierung aktiver Fortbewegung, sowie die Integration mit Hilfe von Augmented-Reality (AR). Konkret konzentrieren wir uns auf die folgenden zwei Forschungsthemen:

  1. Mikro-/Nano-Robotik für minimal-invasive Eingriffe. Moderne Mikroroboter können sich nur in viskosen Flüssigkeiten, d. h. in einem mit Wasser gefüllten Lumen, fortbewegen. In echtem Gewebe bleiben sie jedoch stecken. Unserem Team ist es gelungen, den ersten soften Mikroroboter zu entwickeln, der durch reziproke Bewegung in biologischen Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten schwimmen kann. Hinzu kommen die ersten Nanoroboter, die in echtes Gewebe, wie z.B. den Glaskörper des Auges, eindringen können.
  2. Cyber-physikalisches Organphantom für die Entwicklung chirurgischer Roboter und die medizinische Ausbildung. Unsere Abteilung entwickelt das erste hybride Organmodell, das auf 3D-Druck und AR basiert. Wir versuchen dadurch große Datenmengen zu sammeln, wie es in einem echten Operationssaal unmöglich wäre. Anhand dieser Daten ergeben sich neue Möglichkeiten für AR-basierte chirurgische Trainingsmethoden und für die Entwicklung und Erprobung neuer KI-Algorithmen, medizinischer Instrumente und chirurgischer Roboter.
Die jüngsten technologischen Fortschritte in den Bereichen Mikro-/Nanosystemtechnik, Robotik und künstliche Intelligenz eröffnen neue Möglichkeiten für die nächste Generation chirurgischer Roboter. Dies sind Mikro-/Nano-Roboter, die kabellos im menschlichen Körper navigieren können und verschiedene medizinische Anwendungen ermöglichen. Hierzu gehören unter anderem die Verabreichung von Medikamenten, die In-vivo-Sensorik und -Stimulation. Durch das ERC Starting Grant finanzierte Projekt VIEBOT können wir Teil dieses spannenden technologischen Fortschrittes sein. Ziel ist es, den ersten mikroskopisch kleinen Roboter zu bauen, der sich aktiv fortbewegen und sich drahtlos in tiefem biologischem Gewebe orientieren und die Umgebung wahrnehmen kann. Dies eröffnet enormes Potenzial für die künftige minimal-invasive Medizin, da so z.B. die gezielte Verabreichung von Medikamenten in soliden Tumoren ermöglicht wird, was die kleinen Roboter einen Schritt näher an reale medizinische Anwendungen bringt.

Kontakt

Prof. Dr. Tian Qiu
Smart Technologies für die Tumortherapie (E300)

Deutsches Krebsforschungszentrum
Blasewitzer Str. 80
01307 Dresden
E-Mail: tian.qiu++at++dkfz.de

Ausgewählte Publikationen

  • Ma, Z., Melde, K., Athanassiadis, A. G., Schau, M., Richter, H., Qiu, T., & Fischer, P. (2020). Spatial ultrasound modulation by digitally controlling microbubble arrays. Nature communications, 11(1), 4537
  • Wu, Z., Troll, J., Jeong, H. H., Wei, Q., Stang, M., Ziemssen, F., Wang, Z., Dong, M., Schnichels, S., Qiu, T., & Fischer, P. (2018). A swarm of slippery micropropellers penetrates the vitreous body of the eye. Science advances, 4(11), eaat4388.
  • Li, D., Jeong, M., Oren, E., Yu, T., & Qiu, T. (2019). A helical microrobot with an optimized propeller-shape for propulsion in viscoelastic biological media. Robotics, 8(4), 87.
  • Qiu, T., Lee, T. C., Mark, A. G., Morozov, K. I., Münster, R., Mierka, O., Turek, S., Leshansky, A., & Fischer, P. (2014). Swimming by reciprocal motion at low Reynolds number. Nature communications, 5(1), 5119.
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