靈感源于“精子“，3D打印游動式微型機(jī)器人可在人體內(nèi)輸送藥物

導(dǎo)讀：來自康奈爾大學(xué)科學(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)造了能夠?yàn)槿祟愄峁w內(nèi)治療的游動式微型機(jī)器人。研究人員采用了一種受細(xì)菌和精子啟發(fā)的設(shè)計(jì)模型，它們可以使用超聲波在體內(nèi)移動，以幫助將藥物送到特定區(qū)域。這些細(xì)胞大小的 "火箭船"由高頻聲波驅(qū)動和引導(dǎo)。

△康奈爾大學(xué)的科學(xué)家們創(chuàng)造了細(xì)胞大小的游泳式機(jī)器人，可以通過超聲波進(jìn)行引導(dǎo)

事實(shí)證明，創(chuàng)建一個(gè)能夠在人體中導(dǎo)航的遙控機(jī)器人是具有挑戰(zhàn)性的，部分原因是它不能攜帶電源。現(xiàn)在康奈爾大學(xué)的研究人員在研究了十多年的微生物推動自身的方式之后，已經(jīng)想出了一個(gè)解決方案。

這項(xiàng)研究的作者康奈爾大學(xué)農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)學(xué)院生物和環(huán)境工程教授吳明明在一份聲明中解釋說："我們一直在研究微生物，從細(xì)菌到癌細(xì)胞，遷移和與環(huán)境溝通的方式。盡管它們的尺寸很小，但這些游動式微型機(jī)器人，其運(yùn)動靈感來自于細(xì)菌和精子，有朝一日可以成為一種強(qiáng)大的新工具，用于有針對性的藥物輸送?！?/div>

△掃描電鏡下一個(gè)細(xì)胞大小的游動機(jī)器人，它可以通過超聲波來驅(qū)動和引導(dǎo)。圖片來源：康奈爾大學(xué)

首先，研究人員試圖設(shè)計(jì)和3D打印機(jī)器人，模仿細(xì)菌使用它們的尾巴（稱為鞭毛）來推動自己的方式。但他們的努力失敗了。主要的障礙是找到一種為這些小機(jī)器人提供動力的方法，它們必須在開始游泳之前獲得能量。

"細(xì)菌和精子基本上消耗周圍液體中的有機(jī)物質(zhì)，這就足以為它們提供動力。但是對于工程機(jī)器人來說，這很困難，因?yàn)槿绻鼈償y帶電池，對它們來說太重了，無法移動，"吳說。

一個(gè)有希望的選擇是使用高頻聲波，因?yàn)槭称泛退幬锕芾砭终J(rèn)為它們在臨床研究中是安全的，而且很安靜，使它們易于在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中使用。研究人員創(chuàng)造了一個(gè)三角形的微型機(jī)器人游泳器，它看起來像 "昆蟲與火箭船的結(jié)合"。它最重要的特征是其背上的一對空腔，通過疏水樹脂來排斥水。

一旦機(jī)器人被浸沒，就會自動形成一個(gè)氣泡并被困在這些空腔中。當(dāng)暴露在超聲波下時(shí)，這些氣泡開始振蕩，產(chǎn)生渦流，也被稱為流動，從而推動機(jī)器人前進(jìn)。雖然工程師們之前已經(jīng)成功地制造了 "單一氣泡"的游泳機(jī)器人，但這是第一次制造出有兩個(gè)氣泡的版本。

研究人員說，下一個(gè)挑戰(zhàn)是使機(jī)器人具有生物相容性，以便它們能夠?yàn)榇笮〔畈欢嗟难?xì)胞導(dǎo)航。它們還將由可生物降解的材料制成，允許一次派出許多機(jī)器人。就像受精需要一個(gè)精子細(xì)胞一樣，對于一個(gè)機(jī)器人來說，執(zhí)行其任務(wù)，體積是關(guān)鍵。

吳總結(jié)道："對于藥物輸送，你可以有一群微型機(jī)器人游泳者，如果在旅途中一個(gè)人失敗了，那也不是問題。這就是大自然生存的方式，在某種程度上，它是一個(gè)更強(qiáng)大的系統(tǒng)。更小并不意味著更弱，要知道一群人是打不敗的。我覺得這些受自然啟發(fā)的工具通常更具有可持續(xù)性，因?yàn)樽匀唤缫呀?jīng)證明它是有效的。"

該項(xiàng)研究論文題為：“Biologically inspired micro-robotic swimmers remotely controlled byultrasound waves“，并發(fā)表在皇家化學(xué)會的《芯片實(shí)驗(yàn)室》雜志上。

相關(guān)論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/LC/D1LC00575H