En una investigación conjunta dirigida por un científico de la City University of Hong Kong CityU, se desarrolló una manera fácil de fabricar milirobots recubriendo objetos con un aerosol magnético similar al pegamento. Impulsados por el campo magnético, los objetos recubiertos pueden arrastrarse,caminar o rodar sobre diferentes superficies. Como el revestimiento magnético es biocompatible y se puede desintegrar en polvos cuando sea necesario, esta tecnología demuestra el potencial para aplicaciones biomédicas, incluida la navegación por catéter y la administración de fármacos.
El equipo de investigación está dirigido por el Dr. Shen Yajing, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica BME en CityU en colaboración con los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen SIAT, Academia China de Ciencias CAS. Los resultados de la investigación hanpublicado en la revista científica Ciencia robótica , titulado "Un aerosol magnético aglutinado transforma objetos inanimados en milirobots para aplicaciones biomédicas".
Transformar objetos en milirobots con una "capa magnética"
Los científicos han estado desarrollando milirobots o robots a escala de insectos que pueden adaptarse a diferentes entornos para aplicaciones de exploración y biomédicas.
El equipo de investigación del Dr. Shen ideó un enfoque simple para construir milirobots recubriendo objetos con un aerosol magnético compuesto similar al pegamento, llamado M-spray. "Nuestra idea es que al ponernos esta 'capa magnética', podemos convertir cualquierobjetos en un robot y controlar su locomoción. El spray M que desarrollamos puede pegarse en el objeto objetivo y 'activar' el objeto cuando es impulsado por un campo magnético ", explicó el Dr. Shen.
Compuesto de alcohol polivinílico PVA, gluten y partículas de hierro, M-spray puede adherirse a las superficies rugosas y lisas de uno 1D, dos 2D o objetos tridimensionales 3D de manera instantánea, estable y firme.La película que se formó en la superficie tiene un grosor de aproximadamente 0,1 a 0,25 mm, que es lo suficientemente delgada como para preservar el tamaño, la forma y la estructura originales de los objetos.
Después de recubrir el objeto con spray M, los investigadores lo magnetizaron con direcciones de magnetización simples o múltiples, que podían controlar cómo se movía el objeto por un campo magnético. Luego aplicaron calor sobre el objeto hasta que el recubrimiento se solidificó.
De esta manera, cuando son impulsados por un campo magnético, los objetos se pueden transformar en milirobots con diferentes modos de locomoción, como gatear, voltear, caminar y rodar, sobre varias superficies desde vidrio, piel, madera hasta arena. El equipodemostró esta característica al convertir hilo de algodón 1D, origami plano plano 2D, película de polidimetilsiloxano PDMS superficie curva / blanda 2D y tubería de plástico objeto redondo 3D en un robot reptil blando, robot de varios pies, robot andantey robot rodante respectivamente.
reprogramación bajo demanda para cambiar el modo de locomoción
Lo que hace que este enfoque sea especial es que el equipo puede reprogramar el modo de locomoción del millirobot a pedido.
Sr. Yang Xiong , el coautor principal de este artículo, explicó que, de manera convencional, la estructura inicial del robot generalmente se fija una vez que está construido, lo que limita su versatilidad en movimiento. Sin embargo, al humedecer completamente el recubrimiento solidificado en aerosol M para hacerlo adhesivocomo pegamento y luego aplicando un fuerte campo magnético, se puede cambiar la distribución y la dirección de alineación de las partículas magnéticas eje de magnetización fácil del recubrimiento M-spray.
Sus experimentos demostraron que el mismo milirobot podía cambiar entre diferentes modos de locomoción, como desde un movimiento de oruga 3D más rápido en un entorno espacioso hasta un movimiento de concertina 2D más lento para atravesar un espacio estrecho.
capacidad de navegación y propiedad desintegrable
Esta función de activación reprogramable también es útil para la navegación hacia los objetivos. Para explorar el potencial de las aplicaciones biomédicas, el equipo llevó a cabo experimentos con un catéter, que se usa ampliamente para insertarlo en el cuerpo para tratar enfermedades o realizar procedimientos quirúrgicos. Demostraronque el catéter revestido con spray M podría realizar giros bruscos o suaves. Y el impacto del flujo de sangre / líquido en la capacidad de movimiento y la estabilidad del catéter revestido con spray M fue limitado.
Al reprogramar la capa de pulverización M de diferentes secciones de un hilo de algodón en función de la tarea de entrega y el entorno, demostraron además que podía lograr una dirección rápida y pasar suavemente a través de una estructura estrecha e irregular. El Dr. Shen señaló quedesde el punto de vista de la aplicación clínica, esto puede evitar el hundimiento inesperado de la pared de la garganta durante la inserción. "La reprogramación basada en tareas ofrece un potencial prometedor para la manipulación del catéter en el complejo esófago, vaso y uretra donde siempre se requiere la navegación", dijo.
Otra característica importante de esta tecnología es que el recubrimiento M-spray se puede desintegrar en polvos bajo demanda con la manipulación de un campo magnético. "Todas las materias primas del M-spray, a saber, PVA, gluten y partículas de hierro, son biocompatibles. El revestimiento desintegrado podría ser absorbido o excretado por el cuerpo humano ", dijo el Dr. Shen, destacando que el efecto secundario de la desintegración del aerosol M es insignificante.
Entrega exitosa del fármaco en el estómago del conejo
Para verificar aún más la viabilidad y eficacia del millirobot habilitado con aerosol M para la administración de fármacos, el equipo realizó una prueba in vivo con conejos y la cápsula recubierta con aerosol M. Durante el proceso de administración, los conejos fueron anestesiados y se determinó la posición dela cápsula en el estómago fue rastreada por imágenes de radiología. Cuando la cápsula alcanzó la región objetivo, los investigadores desintegraron el recubrimiento aplicando un campo magnético oscilante. "La propiedad de desintegración controlable de M-spray permite que el fármaco se libere en una ubicación específicaen lugar de esparcirse en el órgano ", agregó el Dr. Shen.
Aunque el recubrimiento M-spray comenzará a desintegrarse en aproximadamente ocho minutos en un ambiente fuertemente ácido nivel de pH 1, el equipo demostró que una capa adicional de PVA en la superficie del recubrimiento M-spray podría prolongarlo hasta aproximadamente 15 minutos.. Y si reemplaza las partículas de hierro con partículas de níquel, el recubrimiento podría mantenerse estable en un ambiente fuertemente ácido incluso después de 30 minutos.
"Los resultados de nuestro experimento indicaron que se podrían construir diferentes milirobots con el spray M adaptándose a diversos entornos, condiciones de la superficie y obstáculos. Esperamos que esta estrategia de construcción pueda contribuir al desarrollo y la aplicación de milirobots en diferentes campos, como el transporte activo, sensores y dispositivos móviles, particularmente para las tareas en un espacio limitado ", dijo el Dr. Shen.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation of China y el Research Grants Council de Hong Kong.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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