3D-geprinte microrobots houden belofte voor medicijnafgifte

Onderzoekers van Georgia Tech hebben aangetoond dat robots ter grootte van een stofdeeltje in staat zijn tot nauwkeurige bidirectionele controle. Door gebruik te maken van de kracht van een magnetisch veld dat wordt gegenereerd door een enkele elektromagnetische spoel, zijn de mobiele microrobots de kleinste in hun soort.

"Er zijn microrobots voor zwemmers die in een vloeistof van vergelijkbare grootte bewegen, maar dit zijn de kleinste 'lopende' robots die op een vast oppervlak bewegen", zegt Azadeh Ansari, Sutterfield Family Early Career Assistant Professor aan de Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering .

De Georgia Tech-studie is onlangs gepubliceerd in het Journal of Micro-Bio Robotics. Momenteel zijn de meeste magnetisch aangedreven microbotsystemen afhankelijk van het toevoegen van meerdere elektromagneten om volledige controle mogelijk te maken, wat resulteert in een hoger stroomverbruik en minder flexibele opstellingen. In staat zijn om aan te tonen dat een enkele spoelopstelling voldoende is voor nauwkeurige bidirectionele bewegingscontrole, is volgens Ansari een belangrijke hindernis die moet worden genomen. Nu de microbots veel gemakkelijker te bedienen zijn, heeft het team micromanipulatiemogelijkheden kunnen demonstreren.

"Met wat we hebben laten zien, kunnen we al denken aan het toepassen van de microbots in een laboratoriumomgeving", zegt Ansari. "Je zou honderden robots op hetzelfde substraat kunnen hebben die vergelijkbaar zijn met mieren in een kolonie."

In het voorjaar van 2019 toonde het team van Ansari grotere (twee millimeter lange) "micro-bristle-bots" die konden bewegen door gebruik te maken van trillingen. Trillingen zijn niet langer nodig om de microbots te verplaatsen vanwege hun bijgewerkte "rocker" -ontwerp - vandaar micro-rockerbots. Dankzij het nieuwe ontwerp kunnen de bots bewegen door een stick-slip-beweging uit te voeren met een magnetisch veld buiten het vlak.

Stick-slip-beweging verwijst in feite naar de twee toestanden van de robot; één wanneer de robot zich in een vastgezette / stationaire positie op het oppervlak bevindt en de andere wanneer de robot een beetje in één richting "glijdt" en nettobeweging bereikt, volgens Ph.D. student Tony Wang. Wanneer het magnetische veld is ingeschakeld, zal de robot in wezen stijgen en vervolgens vallen. Deze beweging zorgt voor voldoende kinetische energie om de robot te laten bewegen.

Net zo belangrijk als het ontwerp van de rocker, demonstreert het artikel het nieuwe gebruik van een golfvormoffset om de richting van het traject van de robot te beïnvloeden. Het teken van de offset van het magnetische veld (positief of negatief), evenals de hoek van de rocker met het oppervlak, bepaalt de richting waarin de microbots zullen reizen. Gecombineerd maken het rocker-ontwerp en de magnetische offset de microbots in staat tot goed gecontroleerde en vooral selecteerbare bewegingen. De versnelling en vertraging van de micro-rockerbots kan verder worden gecontroleerd door de frequentie van het magnetische veld te wijzigen.

De 100 micrometer lange microbots werden 3D-geprint op een glassubstraat via twee-fotonlithografie en vervolgens afgezet met een dunne nikkelfilm, die als een halfharde magneet fungeert als reactie op externe magnetische velden. Voor veel laboratoriumtoepassingen kunnen de robots direct worden geprint op het substraat dat onder de microscoop gaat, maar ze kunnen ook worden geprint en getransporteerd met een micropipet.

"Er zijn veel gebieden waarop de microrobots kunnen worden toegepast binnen het huidige 2D-proces onder de microscoop dat we tot nu toe hebben vastgesteld", zei Ansari. "Maar er is ook een toekomst waarin ze in levende organismen kunnen worden geïnjecteerd om medicijnen toe te dienen of verwondingen te herstellen."

Neem voor meer informatie contact op met Georgia Parmelee, Georgia Institute of Technology op Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 404-281-7818.