用豬皮和磁鐵制作“毛毛蟲”機械人，可攜帶醫(yī)藥精確送入身體

豬皮做的微型機械人長出了毛毛蟲的腳，在身體內(nèi)運送醫(yī)藥，48h內(nèi)可完全降解。

這是香港都市大學(xué)的最新研發(fā)成果——1個擁有多腿構(gòu)造的鐵磁水凝膠微型機械人milli-robot。

三年前的《自然通訊》中，milli-robot就曾加入大家的視野，它的身長不夠2厘米，扁平的肌體下充滿了微小的尖頭狀的腳，形狀酷似毛毛蟲，不單運動靈巧，還擁有極強的地形順應(yīng)本領(lǐng)，能夠在器官內(nèi)壁或在完全被液體浸沒的狀況下自如舉措。

同時，它可以承載比本身重100倍的載荷，這類強度可與螞蟻相媲美，擁有相當(dāng)于1個人舉起26座小巴士的力量！

較近，milli-robot再度進(jìn)化，研發(fā)隊伍為其改換了新的“肌體”，能夠在加入身體后的48小時內(nèi)完全生物降解，為醫(yī)藥輸送和其余生物醫(yī)學(xué)運用開拓新的也許性。

▍水凝膠&磁顆粒，可隨便更改大腿構(gòu)造

許多軟體微型機械人已然被開發(fā)用來各類生物醫(yī)學(xué)運用，它們獨到的構(gòu)造使其可以在胃腸道凹凸不平的組織中移動；有朝一天，它們乃至能夠涂上醫(yī)藥溶液，并將醫(yī)藥確切地輸送到肌體須要的地區(qū)。

但是，大多數(shù)微型機械人是由不能降解的原料制成的，比如硅膠，這標(biāo)志著假設(shè)在臨床運用中應(yīng)用它們必需通過手術(shù)切除。另外，這類原料不是如此靈巧，以及不容許對機械人的特征進(jìn)行太多微調(diào)，進(jìn)而限定了它們的順應(yīng)性。

為了解決以上問題，研發(fā)職員選取豬皮的生物相容性明膠和鐵（II，III）氧化微粒，生成磁性水凝膠來制作機械人，不單能夠?qū)嵭猩锝到猓@類水凝膠能夠較容易地拉伸到遠(yuǎn)古長度的200%，此中豐富且自瞄準(zhǔn)的磁性微粒還能在磁場填寫下迅速呼應(yīng)。

將磁性水凝膠放在永磁體上方能夠讓溶液中的微粒將凝膠向外推，沿著磁場線生成昆蟲狀的“腳”，磁鐵擺放的不同位子能夠變化腿的外形，例如放遠(yuǎn)一點，機械人的腳會更少更長。

通過氧化鐵微粒在凝膠內(nèi)生成磁鏈，這類小腳能夠沿磁場方向進(jìn)行磁化，并能在加以外加磁場時構(gòu)成磁力矩進(jìn)而操控其扭曲，構(gòu)成爪狀抓握動作。

最終一步是將原料浸泡在硫酸銨中以引發(fā)水凝膠中的交聯(lián)，使其愈加堅韌。變化各類原因，比如硫酸銨溶液的成份、凝膠的厚度或磁場的強度，研發(fā)職員能夠調(diào)節(jié)機械人的特征。

▍多種形態(tài)攜帶醫(yī)藥，48小時內(nèi)完全降解

為了實驗機械人將來在身體中的運用，科研職員制作了1個胃部模型，讓機械人攜帶醫(yī)藥加入胃部。它能夠以多種形態(tài)攜帶醫(yī)藥，例如用柔嫩的腳“抓”住1個膠囊，工作方法大約分幾步：夾持、滑動、翻開、翻轉(zhuǎn)和宣泄。

機械人在夾持運動中維持完全包裹的狀況，可由磁鐵繞z軸逆時針轉(zhuǎn)動驅(qū)動；當(dāng)磁鐵向前轉(zhuǎn)動時，機械人開啟滑動起來；接下來，磁鐵沿著y軸向下移動，并漸漸伸開肌體，修復(fù)到初始狀況，通過操控磁鐵繞x軸順時針轉(zhuǎn)動，機械人就會被翻轉(zhuǎn)，為卸貨做籌備。這時地面上的機械人由其雙腿支持，能夠通過相似夾持的動作施行貨品宣泄。

除了固體醫(yī)藥外，機械人還能夠通過三維（3D）交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)攜帶醫(yī)藥，簡單來說，就是把“腳尖”浸入醫(yī)藥中，接著在加入身體后，可將醫(yī)藥溶于體內(nèi)。

在胃模型中，通過夾持運動，腿在滑動流程中不會碰觸胃壁，醫(yī)藥也不會被宣泄。達(dá)靶區(qū)后，大腿通過翻轉(zhuǎn)運動與水碰觸，醫(yī)藥通過自由擴(kuò)散宣泄到水中；2h后，機械人開啟顯著降解，在12 h內(nèi)幾乎分離成小塊；48 小時后，已然看不到機械人的構(gòu)造，只剩余少許的磁性微粒。

這篇文章刊登在《ACS Applied Polymer Materials》(ACS運用高分子原料) 期刊上，文章標(biāo)題為“Soft Tunable Gelatin Robot with Insect-like Claw for Grasping,Transportation, and Delivery”。

研發(fā)職員表示，“極強的攜帶本領(lǐng)，高效的運動和優(yōu)良的越障本領(lǐng)，使這款毫機械人十分合適在卑劣場景中應(yīng)用，比如通過消化體系將醫(yī)藥輸送到指定地址，或進(jìn)行醫(yī)療檢驗，以及它完全可生物降解，能夠為醫(yī)藥輸送等生物醫(yī)學(xué)運用供應(yīng)新的也許性?！?/p>

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