靈感源于“精子“，3D打印游動式微型機器人可在人體內(nèi)輸送藥物

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

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

事實證明,，創(chuàng)建一個能夠在人體中導(dǎo)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(xué)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(xué)農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)學(xué)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(xì)菌到癌細(xì)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(xì)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(xì)胞大小的游動機器人,，它可以通過超聲波來驅(qū)動和引導(dǎo),。圖片來源：康奈爾大學(xué)

首先，研究人員試圖設(shè)計和3D打印機器人,，模仿細(xì)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(xì)菌和精子基本上消耗周圍液體中的有機物質(zhì)，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(rèn)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(jié)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(dāng)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(xì)胞導(dǎo)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(xì)胞一樣，對于一個機器人來說,，執(zhí)行其任務(wù),，體積是關(guān)鍵。

吳總結(jié)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(xué)會的《芯片實驗室》雜志上。

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