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长度为13个珠子

  由工程学院教授MinJun Kim博士领导的德雷塞尔大学研究人员成功地取得了科幻迷和迈克尔菲尔普斯都能欣赏的壮举。利用旋转磁场,他们展示了微型磁珠机器人的多个链条如何在微流体环境中连接以达到令人印象深刻的速度。他们的发现是使用所谓的“微动物”来提供药物并在体内进行手术的最新步骤。

  在最近发表在Nature Scientific Reports上的一篇论文中,机械工程师描述了他们在游泳时磁珠连接和断开连接的过程,并在磁场中单独控制较小的去耦机器人。该数据有助于进一步将微型机器人用于靶向,静脉内药物递送,手术和癌症治疗的概念。

  “我们相信微型机器人有朝一日可以用来执行医疗程序,并为身体内的受影响区域提供更直接的治疗,”德雷克塞尔工程学院博士后研究员,该论文的第一作者U Kei Cheang博士说。 。“它们对于这些工作非常有效,因为它们能够在许多不同的生物环境中航行,例如血流和肿瘤内的微环境。”

  其中一个核心调查结果是,较长的链条比较短的链条游得更快。这是通过从三珠游泳者开始并逐步组装较长的游泳者来确定的。该组检查的最长链,长度为13个珠子,达到17.85微米/秒的速度。

  近十年来,Drexel工程师一直在为生物医学应用增加对微机器人的理解,其目标是生产一种可以在体内移动的机器人链,然后分离以提供药物有效载荷或针对性治疗。

  这种方法的原因是可以使用单个磁场来控制可以执行多个任务的相当通用的机器人。

  机器人链条通过旋转移动,就像长螺旋状螺旋桨一样,旋转外部磁场。因此,场旋转越快,机器人旋转越多,移动速度越快。这种动态推进系统也是让它们分成更短段的关键。在一定的旋转速度下,机器人链将分成两个较小的链,它们可以彼此独立地移动。

  “为了拆卸微型振动器,我们只是增加了旋转频率,”Cheang说。“对于一个七珠微型游泳机,我们发现通过提高频率10-15个循环,游泳者的水动力应力会通过产生扭曲效应而使其变形,从而导致拆卸成三珠和四珠游泳者。”

  一旦分开,就可以调整磁场以操纵三个和四个磁珠机器人以在不同方向上移动。由于磁珠被磁化,它们最终可以重新连接 - 只需通过调整磁场使它们与相应的磁荷重新接触。该团队还确定了最佳旋转速率和接近角度,以便于重新连接微型链条。

  这一发现是Drexel与来自世界各地的10个研究和医学机构合作开发这项技术的大型项目的关键组成部分,用于对阻塞动脉进行微创手术。

  “对于药物输送和微创手术的应用,未来的工作仍然是证明不同的组装配置可以实现各种体内环境的导航,并且可以构建成在手术过程中完成不同的任务,”作者写道。“但我们相信,我们在本研究中讨论的装配过程的机械洞察将极大地帮助未来开发能够实现这些关键能力的配置。”

  

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