Onlangs heeft het team van Li Quan, decaan en hoofdwetenschapper van het Institute of Intelligent Materials en School of Chemistry and Chemical Engineering van de Southeast University, belangrijke vooruitgang geboekt bij de assemblage en controle van microcolloïdrobots. De relevante resultaten zijn online gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (Proceedings of the National Academy of Sciences and United States of America, PNAS) onder de titel "Colloidal Tubular Microrobots for Cargo Transport and Compression".
Wang Xiaoyu, een promovendus aan de Southeast University, is de eerste auteur, en Li Quan en de jonge leraar Yang Tao zijn de co-corresponderende auteurs.
Micro-nano-robots verwijzen naar complexe systemen die controleerbare activering en perceptie op micro-nano-schaal kunnen bereiken, en uiteindelijk in vivo medicijnafgifte en ziektebehandeling kunnen bereiken. Geïnspireerd door zwermen bijen en vissen in de natuur, hebben microrobotzwermen steeds meer aandacht getrokken vanwege hun gezamenlijke voortstuwings-, leverings- en signaaloverdrachtsmodi. Als nieuw type microrobotsysteem kan de dynamische assemblage van externe veldgevoelige colloïden worden gebruikt als een effectief middel voor robotclusters. De bestaande colloïdale robotassemblagestructuren zijn echter beperkt tot dichte colloïdale aggregaten, wat de functionaliteit ervan aanzienlijk beperkt. Hoe een complex structuur-functiesysteem van colloïdale assemblages te construeren en de overeenkomstige structuur-activiteitsrelatie tot stand te brengen, is een uitdaging die dringend moet worden overwonnen.
Het team van Li Quan stelde een assemblagemethode voor metastabiele colloïdale structuren voor. Door middel van het ontwerp van assemblagepaden was het de eerste keer dat complexe driedimensionale holle buisvormige structuren werden samengesteld uit superparamagnetische colloïdale microsferen. Deze methode heeft een breed scala aan toepassingen en kan herhaalde assemblage van superparamagnetische colloïdale deeltjes van 200 nanometer tot 30 micron in niet-Newtoniaanse vloeistoffen, waaronder bloed, bewerkstelligen. De geassembleerde microbuisrobots kunnen de driedimensionale trend, voortstuwingsrichting en snelheid nauwkeurig regelen via externe magnetische velden. Door de interne holle ruimte kunnen deze buisvormige microrobots goederen volgens instructies grijpen, transporteren en vrijgeven. Bovendien kunnen twee microtubuli-robots langs de as worden samengevoegd om een nieuwe robot te vormen. Vergeleken met andere assemblagestructuren kan de metastabiele structuur van de microtubuli-robot zijn radiale herhaalde compressie behouden, zodat hij kan worden gebruikt als micropincet om interne rode bloedcellen en andere flexibele lading uit te knijpen om in-situ detectie van doelobjecten te bereiken. Dit werk levert nieuwe ideeën op voor complexe colloïdassemblage en microrobotmanipulatie.
Dit onderzoekswerk werd gefinancierd door het Jiangsu Provinciaal “Double Entrepreneurship Team”, Jiangsu Provincial Natural Science Foundation en andere projecten.