用豬皮和磁鐵制作“毛毛蟲(chóng)”機(jī)械人，可攜帶醫(yī)藥精確送入身體

豬皮做的微型機(jī)械人長(zhǎng)出了毛毛蟲(chóng)的腳，在身體內(nèi)運(yùn)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(gè)擁有多腿構(gòu)造的鐵磁水凝膠微型機(jī)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(zhǎng)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(chóng)，不單運(yùn)動(dòng)靈巧，還擁有極強(qiáng)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(méi)的狀況下自如舉措。

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

較近，milli-robot再度進(jìn)化，研發(fā)隊(duì)伍為其改換了新的“肌體”，能夠在加入身體后的48小時(shí)內(nèi)完全生物降解，為醫(yī)藥輸送和其余生物醫(yī)學(xué)運(yùn)用開(kāi)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(jī)械人已然被開(kāi)發(fā)用來(lái)各類生物醫(yī)學(xué)運(yùn)用，它們獨(dú)到的構(gòu)造使其可以在胃腸道凹凸不平的組織中移動(dòng)；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(jī)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(yùn)用中應(yīng)用它們必需通過(guò)手術(shù)切除。另外，這類原料不是如此靈巧，以及不容許對(duì)機(jī)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(wèn)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(lái)制作機(jī)械人，不單能夠?qū)嵭猩锝到?，這類水凝膠能夠較容易地拉伸到遠(yuǎn)古長(zhǎng)度的200%，此中豐富且自瞄準(zhǔn)的磁性微粒還能在磁場(chǎng)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(chǎng)線生成昆蟲(chóng)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(diǎn)，機(jī)械人的腳會(huì)更少更長(zhǎng)。

通過(guò)氧化鐵微粒在凝膠內(nèi)生成磁鏈，這類小腳能夠沿磁場(chǎng)方向進(jìn)行磁化，并能在加以外加磁場(chǎng)時(shí)構(gòu)成磁力矩進(jìn)而操控其扭曲，構(gòu)成爪狀抓握動(dòng)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(jiān)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(chǎng)的強(qiáng)度，研發(fā)職員能夠調(diào)節(jié)機(jī)械人的特征。

▍多種形態(tài)攜帶醫(yī)藥，48小時(shí)內(nèi)完全降解

為了實(shí)驗(yàn)機(jī)械人將來(lái)在身體中的運(yùn)用，科研職員制作了1個(gè)胃部模型，讓機(jī)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(gè)膠囊，工作方法大約分幾步：夾持、滑動(dòng)、翻開(kāi)、翻轉(zhuǎn)和宣泄。

機(jī)械人在夾持運(yùn)動(dòng)中維持完全包裹的狀況，可由磁鐵繞z軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)磁鐵向前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械人開(kāi)啟滑動(dòng)起來(lái)；接下來(lái)，磁鐵沿著y軸向下移動(dòng)，并漸漸伸開(kāi)肌體，修復(fù)到初始狀況，通過(guò)操控磁鐵繞x軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械人就會(huì)被翻轉(zhuǎn)，為卸貨做籌備。這時(shí)地面上的機(jī)械人由其雙腿支持，能夠通過(guò)相似夾持的動(dòng)作施行貨品宣泄。

除了固體醫(yī)藥外，機(jī)械人還能夠通過(guò)三維（3D）交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)攜帶醫(yī)藥，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(guò)夾持運(yùn)動(dòng)，腿在滑動(dòng)流程中不會(huì)碰觸胃壁，醫(yī)藥也不會(huì)被宣泄。達(dá)靶區(qū)后，大腿通過(guò)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與水碰觸，醫(yī)藥通過(guò)自由擴(kuò)散宣泄到水中；2h后，機(jī)械人開(kāi)啟顯著降解，在12 h內(nèi)幾乎分離成小塊；48 小時(shí)后，已然看不到機(jī)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(yùn)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(qiáng)的攜帶本領(lǐng)，高效的運(yùn)動(dòng)和優(yōu)良的越障本領(lǐng)，使這款毫機(jī)械人十分合適在卑劣場(chǎng)景中應(yīng)用，比如通過(guò)消化體系將醫(yī)藥輸送到指定地址，或進(jìn)行醫(yī)療檢驗(yàn)，以及它完全可生物降解，能夠?yàn)獒t(yī)藥輸送等生物醫(yī)學(xué)運(yùn)用供應(yīng)新的也許性?！?/p>

論文傳送門：