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只需喷一喷新型磁性喷雾，药片变身微型机器人直达身体目标区域


只需喷一喷新型磁性喷雾，药片变身微型机器人直达身体目标区域文章插图
图片来源：香港城市大学
磁场对生物组织是透明的 ， 相对安全的 ， 是实现磁器件远程驱动和无线控制的有力工具 ， 而微型机器人可以进入人体复杂和狭窄的区域 ， 并操纵下至亚细胞实体 ， 这两种技术的结合 ， 在医学和生物工程应用方面的巨大潜力 ， 于是 ， 过去20年里 ， 磁性微型机器人迎来迅速发展 。
近日 ， 来自香港城市大学的Shen Yajing博士带领团队开发了一种新型喷涂涂层 ， 这种带磁性的涂层可以让普通物体变成“听话的”移动机器人 ， 指哪儿打哪儿 ， 在生物医学应用方面具有特别的潜力 。
其实早在2018年 ， Shen Yajing博士和另一团队展示过一款有趣的“毫米机器人”（millirobot） ， 他们将磁性微粒植入橡胶硅机器人体内 ， 通过外部磁场的作用 ， 机器人可以行走、爬行、跳跃和滚动 。
这款“毫米机器人”长着毛毛虫般的腿 ， 力气奇大无比 ， 相当于一个人能举起一辆26座的小型巴士 。 它可以用来在人体内携带药物 ， 适应各种不利的环境 ， 有效地沿着身体内与体液(如血液或粘液)组合或完全浸没在其中的表面移动
但面对不同的应用场景 ， 如果每次都要重新制造磁性微型机器人 ， 显得效率低下 ， 而且从成本考虑也不划算 。 于是 ， 在新研究中 ， 研究人员想着开发一种工具 ， 普通物体也能“变身”成磁性微机器人 。 最后 ， 一种叫做“M-spray”的磁性喷雾诞生了 ， 它由聚乙烯醇、面筋和铁颗粒制成的 ， 可以附着在各种材料的表面上 ， 无论是光滑还是有纹理 。
“我们的想法是 ， 穿上这种‘磁性外套’ ， 我们可以把任何物体变成机器人 ， 并控制它们的运动 。 ”该研究小组的负责人Shen Yajing博士说 ， “我们研发的M-spray可以粘在目标物体上 ， 在磁场驱动下‘激活’目标物体 。 ”
“M-spray”形成的磁性薄膜厚度不到四分之一毫米 ， 研究小组称这是保持原始物体形状和大小的关键 。 在初次演示中 ， 研究小组选择了棉线、薄膜和塑料管 ， 喷上磁性涂层后 ， 它们变成了柔软的微型机器人 ， 能够在磁场的帮助下行走、爬行和滚动 。 但有趣的是 ， 一旦涂上涂层 ， 它们移动方式并不是一成不变的 。
实际上 ， 移动模式可以根据需要通过润湿固体状的涂层 ， 把它变成一种类似胶水的物质来重新编程 。 然后 ， 通过施加强磁场 ， 涂层内的磁颗粒可以重新分布和排列 ， 改变机器人对磁场的反应方式 。
为了证明这一点 ， 研究小组让同一微型机器人从毛毛虫般蠕动变为更缓慢的蝮蛇般的挪动 ， 成功从狭窄的缝隙中挤过去 。 在另一项实验中 ， 研究人员用“M-spray”包覆了一根导管 ， 并对其飞行时的运动模式进行了重新编程 ， 使其既能平稳转弯 ， 又能急转弯 ， 这样当这些医疗设备插入人体时可以避免受伤 。
【只需喷一喷新型磁性喷雾，药片变身微型机器人直达身体目标区域】体外实验已经证明了“M-spray”完美有效 ， 接着就是动物体内实验了 ， 研究人员给一种胶囊涂上喷雾 ， 把家兔麻醉 。 随后 ， 研究人员给这些兔子注射胶囊 ， 并通过放射成像跟踪它们在胃里的活动 ， 当胶囊抵达目标位置时 ， “M-spray”的特殊成分涂层使其在磁场或酸性环境下分解成粉末 ， 可以排出体外 。
“M-spray的所有原材料 ， 即PVA ， 面筋和铁颗粒 ， 都是生物相容性的 。 ” Shen Yajing说 ， “分解后的涂层会被人体吸收或排出体外 。 ”
除了生物医学应用 ， 这项技术的还有一系列潜在用途 。 Shen Yajing博士说:“我们希望这种构建策略能够促进微机器人在不同领域的发展和应用 ， 比如主动运输、可移动传感器和设备 ， 特别是在有限空间的任务中 。 ”
近年来 ， 微型机器人受到越来越多的关注 ， 主要是因为它们在医学和生物工程方面的巨大应用潜力 。 “微型机器人”是指一种可控制的设备 ， 其尺寸从微米到毫米不等 。 由于体积小 ， 这些机器人以微创的方式进入人体复杂狭窄的区域 ， 例如胃肠道、血管、大脑和眼睛 。 此外 ， 它们还具有执行各种任务的潜力 ， 如定向分娩、精确手术和医疗检查 。 而微型机器人能够操纵亚细胞实体的高精度和可重复性 ， 使其在体外应用亦是前景广阔 ， 如细胞操作和组织工程 。


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