蘇黎世科學(xué)家開發(fā)3D打印微型機(jī)器人，用于在人體內(nèi)給藥
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家開發(fā)了微型3D打印微型機(jī)器人，該微型機(jī)器人能夠通過人體血管傳遞藥物有效載荷。
盡管團(tuán)隊(duì)承認(rèn)2PP仍然太慢而無法大規(guī)模生產(chǎn)其設(shè)備，但他們?nèi)匀徽J(rèn)為他們的方法是成功的。通過進(jìn)一步的研究，科學(xué)家們相信他們的機(jī)器人不僅可以用于藥物輸送，還可以用于實(shí)現(xiàn)諸如支架之類的手術(shù)工具。
通過將軟光刻技術(shù)與電化學(xué)沉積技術(shù)相結(jié)合，該團(tuán)隊(duì)得以制造出可通過磁場控制的多材料產(chǎn)品。未來，科學(xué)家認(rèn)為，他們的生物相容性微型機(jī)器人可以在外科手術(shù)過程中注入患者體內(nèi)，并用于遠(yuǎn)程治療疾病。
該論文的兩位主要作者之一卡洛斯·阿爾坎塔拉（CarlosAlcantara）表示：“金屬和聚合物具有不同的特性，兩種材料在制造微型機(jī)器方面都具有一定優(yōu)勢?！?“我們的目標(biāo)是將兩者結(jié)合起來，同時(shí)從所有這些特性中受益?！?/span>
盡管互鎖的機(jī)械結(jié)構(gòu)已在宏觀機(jī)械和納米系統(tǒng)（例如分子穿梭機(jī)）中廣泛使用，但它們?nèi)詿o法在微尺度上使用。盡管它們可能在軟機(jī)器人中應(yīng)用，但它們傾向于通過有機(jī)合成進(jìn)行鏈接，這阻止了它們與金屬材料的集成。
盡管軟光刻和微傳遞模塑方法在過去已顯示出希望，但用不同材料制成的互鎖零件仍然具有挑戰(zhàn)性。但是，考慮到帶有藥物輸送容器的可生物降解機(jī)器人的醫(yī)療潛力，該問題已成為添加劑研究的熱門話題。
例如，牛津大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)使用了折紙啟發(fā)的技術(shù)來制造具有形狀變形功能的微型機(jī)器人，但是它們也有局限性。機(jī)器人材料之間的附著力仍然很差，并且發(fā)現(xiàn)該過程本身僅允許有限數(shù)量的幾何形狀。
為了完全實(shí)現(xiàn)多材料微縮打印，蘇黎世團(tuán)隊(duì)提出了將不同的金屬和明膠“編織”在一起以形成集成微機(jī)器人的建議。通過調(diào)整此類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖案，科學(xué)家們還得出理論認(rèn)為，可以對它們進(jìn)行設(shè)計(jì)以使其具有某些特定于應(yīng)用的特性。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的新型微縮打印方法
蘇黎世團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了自己的微型機(jī)器人，以具有常用的金屬籠和螺旋形狀為特征，它們通過聚合物棒機(jī)械地互鎖。從理論上講，以這種方式構(gòu)建微型設(shè)備可使籠子在內(nèi)部自由旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致翻滾動(dòng)作并最終導(dǎo)致速度和運(yùn)動(dòng)。
為了將他們的模型變成可以工作的原型，科學(xué)家們使用了Nanoscribe TPP系統(tǒng)來填充預(yù)制模具，然后用溶劑溶解模板。在此過程中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們能夠在一個(gè)步驟中3D打印兩種不同的幾何形狀，從而產(chǎn)生了一個(gè)互鎖的微型機(jī)器人。
進(jìn)一步的測試表明，可以使用形狀記憶聚合物制造該設(shè)備，并加載有色染料，從而增強(qiáng)其藥物傳遞能力。而且，該團(tuán)隊(duì)還能夠利用磁場抵抗各種摩擦力并使用不同的旋轉(zhuǎn)方式來操縱機(jī)器人。
后來還設(shè)計(jì)了其他帶有PDMS親水框架的模型，使它們具有橡膠“船”的外觀。這些經(jīng)過液體優(yōu)化的裝置能夠克服很大的阻力來推動(dòng)自身前進(jìn)，從而滿足了血管擴(kuò)張藥物輸送系統(tǒng)的另一個(gè)重要要求。
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