Promotieonderzoek
Alternatief voor de colonoscoop: ALS EEN SLAK DOOR HET DARMKANAAL
Het huidige instrument voor darmonderzoek, de colonoscoop, veroorzaakt veel ongemak. Aan de TU Delft wordt een alternatief ontwikkeld, geïnspireerd op de manier waarop slakken zich voortbewegen. Onderzoekster Dimitra Dodou promoveert vandaag, maandag 18 september, op dit onderwerp.
De darm is een erg lastige omgeving om een apparaat in voort te bewegen. Toch is darmonderzoek nodig bij een flink aantal mensen, bijvoorbeeld om te kijken of iemand darmkanker heeft. Het huidige onderzoeksinstrument, de colonoscoop, is een lange, dunne en flexibele slang die bij het onderzoek veel pijn veroorzaakt.
Er wordt dan ook geprobeerd om een alternatief apparaat te ontwikkelen, bijvoorbeeld een kleine robot die zich zelfstandig door de darm voortbeweegt. Aan de binnenzijde van de dikke darm bevindt zich een slijmlaagje dat mucus genoemd wordt. De huidige zelfstandig voortbewegende robots negeren deze laag en proberen als het ware te zuigen of te klemmen op de darmwand. Hierdoor wordt deze uitgerekt, wat alsnog pijn veroorzaakt.
Beter is het volgens de Delftse onderzoekster ir. Dimitra Dodou om de mucus juist te gebruiken en wel door met de robot de voortbeweging van een slak na te bootsen. Een slak laat een slijmspoor achter op de ondergrond. Dit materiaal werkt tegelijkertijd als smeermiddel om te kunnen glijden én als lijm om zich te kunnen vasthechten.
Een darmrobot zou ook een dergelijke laag moeten hebben. Om dat te bereiken, werd een laag met adhesieve, aan het slijm hechtende eigenschappen toegevoegd, waardoor het apparaat op de slijmlaag vastplakt. Hechten aan een oppervlak dat is bedekt met een smeermiddel, is een grote technische uitdaging, omdat de meeste kleefstoffen gewoonlijk alleen op 'schone' oppervlakken functioneren. De onderzoekers ontdekten dat een groep polymeren, de zogenoemde muco-adhesieven, hiervoor geschikt zijn. Dodou heeft de werking van deze stoffen op een varkensdarm gemeten. Uit het resultaat bleek dat muco-adhesieven in de vorm van films veruit de hoogste wrijving opleveren.
Daarmee is er echter nog geen sprake van beweging. Een slak gebruikt het uitoefenen van druk om de eigenschappen van de tussenlaag te veranderen en zo de wrijving te verlagen en voort te kunnen bewegen. In de darm is het uitoefenen van druk echter niet mogelijk omdat de darm dan vervormt.
De oplossing ligt in het gebruik van kleinere en grotere over elkaar schuivende oppervlakken (zie animatie op http://www.delta.tudelft.nl/images/slakken.wmv). Als een groot oppervlak met muco-adhesief stil blijft staan en een relatief klein oppervlak met muco-adhesief gaat bewegen ten opzichte van dit grote oppervlak, heeft het kleine oppervlak minder wrijving. Eén voor één kunnen zo kleine 'handjes' van de robot naar voren geschoven worden. Daarna kan de hele robot een stukje naar voren schuiven, waarna het proces van kleine oppervlakjes verschuiven weer opnieuw begint.
Verdere experimenten toonden aan dat niet alleen de grootte van het filmoppervlak, maar ook de vorm van invloed is op de gegenereerde wrijving. Het is opvallend dat de wrijving toeneemt als het oppervlak, door gaten in de filmstructuur aan te brengen, afneemt. Het is dus mogelijk om de wrijving te beïnvloeden door gaten in de muco-adhesieve film aan te brengen of juist te sluiten.
Bovendien kan door het kiezen van vormen die ondanks hun compacte formaat hoge wrijving kunnen bereiken, de grootte van het apparaat afnemen.
De onderzoekers zijn momenteel bezig met het bouwen van een prototype dat in levende varkens zal worden getest. Voordat er een uitgewerkt medische apparaat beschikbaar zou kunnen zijn, moeten we nog wel iets langer wachten.
Nadere informatie:
Dimitra Dodou, tel.: 015-2787891; Mobiele telefoon : 06 300 43 775, e-mail: d.dodou@tudelft.nl
Wetenschapsvoorlichter Ineke Boneschansker, tel.: 015-2788499; e-mail: i.boneschansker@tudelft.nl
Technische Universiteit Delft