В статье, недавно опубликованной в Nature Scientific Reports, инженеры-механики описывают свой процесс магнитного связывания и разъединения бусинок во время плавания и индивидуального управления меньшими изолированными роботами в магнитном поле. Эти данные помогают продвинуть идею использования микророботов для адресной внутривенной доставки лекарств, хирургии и лечения рака.
«Мы считаем, что роботов-микропловцов в один прекрасный день можно будет использовать для выполнения медицинских процедур и более непосредственного лечения пораженных участков внутри тела», — сказал У Кей Чеанг, доктор философии, научный сотрудник инженерного колледжа Дрекселя и ведущий автор статьи. «Они могут быть очень эффективными для этой работы, потому что могут перемещаться во многих различных биологических средах, таких как кровоток и микросреда внутри опухоли."
Один из основных выводов заключается в том, что более длинные цепи могут плавать быстрее, чем более короткие. Это было определено, начиная с пловца с тремя бусами и постепенно собирая более длинные. Самая длинная цепь из 13 бусинок, исследованная группой, достигла скорости 17.85 мкм / сек.
Инженеры Drexel добавляли понимание микророботов для биомедицинских приложений в течение почти десяти лет с целью создания роботизированной цепи, которая может перемещаться внутри тела, а затем разъединяться для доставки своей лечебной нагрузки или целевого лечения.
Причина такого подхода в том, что довольно универсальным роботом, который может выполнять несколько задач, можно было управлять с помощью одного магнитного поля.
Цепи робота вращаются, как длинный винтовой пропеллер, синхронно с вращающимся внешним магнитным полем.
Таким образом, чем быстрее вращается поле, тем больше вращаются роботы и тем быстрее они движутся. Эта динамическая силовая установка также является ключом к разделению на более короткие сегменты. При определенной скорости вращения роботизированная цепь разделится на две меньшие цепи, которые могут двигаться независимо друг от друга.
«Чтобы разобрать микроплавец, мы просто увеличили частоту вращения», — сказал Ченг. «Для микропловца с семью бортами мы показали, что при увеличении частоты на 10-15 циклов гидродинамическое напряжение на пловца физически деформирует его, создавая эффект скручивания, который приводит к разборке на пловца с тремя и четырьмя бусинами."
После разделения поле можно настроить так, чтобы трёх- и четырёхбусинные роботы двигались в разных направлениях. Поскольку шарики намагничены, их можно в конечном итоге повторно соединить — просто настроив поле, чтобы вернуть их в контакт на стороне с соответствующим магнитным зарядом. Команда также определила оптимальную скорость вращения и угол приближения, чтобы облегчить повторное соединение цепей микропловца.
Это открытие является ключевым компонентом более крупного проекта, в котором Drexel сотрудничает с 10 исследовательскими и медицинскими учреждениями со всего мира, чтобы разработать эту технологию для выполнения минимально инвазивной хирургии заблокированных артерий.
«Для приложений доставки лекарств и минимально инвазивной хирургии в будущем предстоит продемонстрировать, что различные собранные конфигурации могут обеспечить навигацию в различных средах in vivo и могут быть сконструированы для выполнения различных задач во время оперативных процедур», — пишут авторы. «Но мы считаем, что механистическое понимание процесса сборки, которое мы обсуждали в этом исследовании, в значительной степени поможет будущим усилиям по разработке конфигураций, способных реализовать эти важные возможности."
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = t4AyM52m0s0 & feature = youtu.быть
