Kürzlich hat das Team von Li Quan, Dekan und leitender Wissenschaftler des Instituts für Intelligente Materialien und der Fakultät für Chemie und Chemieingenieurwesen der Southeast University, wichtige Fortschritte bei der Montage und Steuerung von Mikrokolloidrobotern erzielt. Die entsprechenden Ergebnisse wurden online in den Proceedings of the National Academy of Sciences (Proceedings of the National Academy of Sciences and United States of America, PNAS) unter dem Titel „Colloidal Tubular Microrobots for Cargo Transport and Compression“ veröffentlicht.
Wang Xiaoyu, ein Doktorand an der Southeast University, ist der Erstautor, und Li Quan und der junge Lehrer Yang Tao sind die Mitautoren.
Mikro-Nano-Roboter beziehen sich auf komplexe Systeme, die eine kontrollierbare Betätigung und Wahrnehmung im Mikro-Nano-Maßstab erreichen und letztendlich eine In-vivo-Arzneimittelabgabe und Krankheitsbehandlung ermöglichen können. Inspiriert von Bienen- und Fischschwärmen in der Natur erregen Mikroroboterschwärme aufgrund ihrer kollaborativen Antriebs-, Liefer- und Signalübertragungsmodi zunehmende Aufmerksamkeit. Als neuartiges Mikrorobotersystem kann die dynamische Anordnung externer feldresponsiver Kolloide als wirksames Mittel für Robotercluster eingesetzt werden. Die vorhandenen kolloidalen Robotermontagestrukturen sind jedoch auf dichte kolloidale Aggregate beschränkt, was ihre Funktionalität stark einschränkt. Der Aufbau eines komplexen kolloidalen Struktur-Funktionssystems und die Herstellung der entsprechenden Struktur-Aktivitäts-Beziehung ist eine Herausforderung, die dringend gemeistert werden muss.
Das Team von Li Quan schlug eine Methode zum Aufbau einer metastabilen kolloidalen Struktur vor. Durch die Gestaltung von Montagepfaden konnten erstmals komplexe dreidimensionale hohle röhrenförmige Strukturen aus superparamagnetischen kolloidalen Mikrokügelchen zusammengesetzt werden. Diese Methode hat ein breites Anwendungsspektrum und kann die wiederholte Anordnung superparamagnetischer kolloidaler Partikel von 200 Nanometern bis 30 Mikrometern in nicht-Newtonschen Flüssigkeiten, einschließlich Blut, erreichen. Die zusammengebauten Mikroröhrenroboter können den dreidimensionalen Trend, die Antriebsrichtung und die Geschwindigkeit durch externe Magnetfelder präzise steuern. Der innere Hohlraum ermöglicht es diesen röhrenförmigen Mikrorobotern, Waren nach Anweisungen zu greifen, zu transportieren und freizugeben. Darüber hinaus können zwei Mikrotubuli-Roboter entlang der Achse zu einem neuen Roboter zusammengeführt werden. Im Vergleich zu anderen Montagestrukturen kann die metastabile Struktur des Mikrotubuli-Roboters ihre radiale wiederholte Kompression aufrechterhalten, sodass sie als Mikropinzette zum Zusammendrücken interner roter Blutkörperchen und anderer flexibler Ladung verwendet werden kann, um eine In-situ-Erkennung von Zielobjekten zu erreichen. Diese Arbeit liefert neue Ideen für die komplexe Kolloidmontage und Mikrorobotermanipulation.
Diese Forschungsarbeit wurde vom „Double Entrepreneurship Team“ der Provinz Jiangsu, der Natural Science Foundation der Provinz Jiangsu und anderen Projekten finanziert.