近日，香港城市大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系（BME）副教授申亞京博士與中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院（SIAT）合作，成功開發(fā)出了一種制造毫米級（Millirobots）機器人的方法。該方法只需要在毫米機器人表面噴涂磁性噴霧劑，在磁場驅(qū)動下，被涂物體就能在不同的表面上爬行、行走或者滾動。 由于磁性圖層具有生物相容性，可以在需要時分解成粉末，因此該技術(shù)具有生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的潛力，包括導(dǎo)管導(dǎo)航和藥物輸送。 該研究成果于 2020 年 11 月 18 日發(fā)表于科學(xué)雜志《科學(xué)機器人》（Science Robotics）上。題目為 “An agglutinate magnetic spray transforms inanimate objects into millirobots for biomedical applications”（凝集磁性噴霧將無生命的物體轉(zhuǎn)化為用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的毫微機器人）。

一直以來，科學(xué)家在尋找能夠適應(yīng)不同環(huán)境且能用于生物醫(yī)學(xué)的微型機器人。申教授團隊采用了一種簡單的方法，給物體覆蓋磁性外衣，然后用磁場驅(qū)動。根據(jù)申博士的介紹，“磁性外套” 可以將任何物體變成機器人并且控制它們運動。 這種神奇的磁性外套又叫 M-spray，是由聚乙烯醇（PVA）、麩質(zhì)蛋白（Gluten）和鐵微粒（Iron Particles）組成，可以在瞬間穩(wěn)固地粘附在一維、二維或三維物體的表面上，無論這個表面是粗糙還是光滑。M-Spray 能夠在物體表面形成厚度為 0.1-0.25 毫米的薄膜，足以保留物體的原始尺寸、形式和結(jié)構(gòu)。

圖｜研究團隊向物體表面噴涂 M-Spray

當(dāng)受到磁場驅(qū)動時，這些機器人可以在玻璃、皮膚、乃至木頭到沙子表面進行多種形式的運動，例如爬行、翻轉(zhuǎn)、步行和滾動。該團隊還通過棉線、折紙或者塑料管將物體轉(zhuǎn)化成更復(fù)雜的爬行動物機器人、多足機器人或者滾動機器人。 已在兔子體內(nèi)測試 一般來說，微型機器人在結(jié)構(gòu)固定之后，其運動模式基本確定，很難發(fā)生改變。但申博士團隊的微型機器人突破了這一點。通過將 M-Spray 粘在物體表面，再通過對其施加強磁場，就可以改變 M-spray 涂層的磁性顆粒的分布方向和排列方向，以實現(xiàn)對微型機器人運動方式的靈活控制。 實驗表明，噴涂了磁性外套的微型機器人，能夠在不同運動模式之間靈活切換。比如寬敞環(huán)境下可以以 3D 毛毛蟲的形式運動，而到了狹窄區(qū)域，則能以平面（2D）方式 運動。 為了進一步驗證毫米機器人在藥物遞送上的應(yīng)用可能性，申博士團隊在兔子體內(nèi)進行了相關(guān)測試。對兔子麻醉后，通過放射成像追蹤兔子體內(nèi)涂有磁性外套的膠囊，當(dāng)膠囊達(dá)到目標(biāo)區(qū)域后，研究人員施加震蕩磁場使其分解。申博士介紹說：“M-Spray 的可控分解特性，能夠讓藥物在目標(biāo)位置釋放，而不是在器官中擴散?！?

在強酸環(huán)境（PH=1）下，M-Spray 涂層 8 分鐘后分解。但如果在其表面附加 PVA 層，能延長到 15 分鐘，再用鎳顆粒代替鐵顆粒，則可堅持 30 分鐘以上。這表明其在生物體內(nèi)進行長距離藥物輸送是可能的。 -End-

原文標(biāo)題：新型電磁噴霧可將任何物體變成機器人，有望在生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用

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