靈感源于“精子“，3D打印游動式微型機器人可在人體內輸送藥物

導讀：來自康奈爾大學科學家們已經(jīng)創(chuàng)造了能夠為人類提供體內治療的游動式微型機器人。研究人員采用了一種受細菌和精子啟發(fā)的設計模型，它們可以使用超聲波在體內移動，以幫助將藥物送到特定區(qū)域。這些細胞大小的 "火箭船"由高頻聲波驅動和引導。

△康奈爾大學的科學家們創(chuàng)造了細胞大小的游泳式機器人，可以通過超聲波進行引導

事實證明，創(chuàng)建一個能夠在人體中導航的遙控機器人是具有挑戰(zhàn)性的，部分原因是它不能攜帶電源�，F(xiàn)在康奈爾大學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)想出了一個解決方案。

這項研究的作者康奈爾大學農業(yè)和生命科學學院生物和環(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，從細菌到癌細胞，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器人，其運動靈感來自于細菌和精子，有朝一日可以成為一種強大的新工具，用于有針對性的藥物輸送。“

△掃描電鏡下一個細胞大小的游動機器人，它可以通過超聲波來驅動和引導。圖片來源：康奈爾大學

首先，研究人員試圖設計和3D打印機器人，模仿細菌使用它們的尾巴（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。

"細菌和精子基本上消耗周圍液體中的有機物質，這就足以為它們提供動力。但是對于工程機器人來說，這很困難，因為如果它們攜帶電池，對它們來說太重了，無法移動，"吳說。

一個有希望的選擇是使用高頻聲波，因為食品和藥物管理局認為它們在臨床研究中是安全的，而且很安靜，使它們易于在實驗室實驗中使用。研究人員創(chuàng)造了一個三角形的微型機器人游泳器，它看起來像 "昆蟲與火箭船的結合"。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。

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

研究人員說，下一個挑戰(zhàn)是使機器人具有生物相容性，以便它們能夠為大小差不多的血細胞導航。它們還將由可生物降解的材料制成，允許一次派出許多機器人。就像受精需要一個精子細胞一樣，對于一個機器人來說，執(zhí)行其任務，體積是關鍵。

吳總結道："對于藥物輸送，你可以有一群微型機器人游泳者，如果在旅途中一個人失敗了，那也不是問題。這就是大自然生存的方式，在某種程度上，它是一個更強大的系統(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，因為自然界已經(jīng)證明它是有效的。"

該項研究論文題為：“Biologically inspired micro-robotic swimmers remotely controlled byultrasound waves“，并發(fā)表在皇家化學會的《芯片實驗室》雜志上。

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