美國卓克索大學(Drexel University)的研究人員開發出一種簡化微型機器人流體運動的製造方法,僅包含兩種外覆磁性碎片的連結微粒。

卓克索大學博士候選人U Kei Cheang表示,這種微型機器人被稱為「基於粒子的微型游泳機器人」(particle-based microswimmer),因為它是由粒子鏈接在一起而形成的。這種機器人可用於像孳物輸送等體內應用中。

這項研究由該校機械工程與機器學系教授MinJun Kim主導,帶領研究團隊採用化學接合磁珠的方式來製造微型游泳機器人,使其得以調整幾何需求。Cheang表示,「基本上,使用磁珠讓我們能以兩種方式進行調整:縮放磁珠的尺寸,增減珠的數量。因此,我們能將磁珠當作是Lego積木一樣。」

20160729 microrobot NT02P1 以圓圈圖案排列的微型機器人軌跡 (來源:MinJun Kim, Drexel University)

具體來說,研究團隊結合了化學接合作用與磁自組裝。為了成對綁定4個微米寬的磁珠,研究人員準備了兩批分別塗有抗生物素蛋白和生物素蛋白質的磁珠,打造最強勁的天然非共價鍵接。接著,研究人員將這些接合的磁珠對暴露於1微米的氧化鐵薄片,使其具有磁性並吸附於微球表面。

這種方法與現有的許多製造方法大相逕庭。現有的一些方法採用專用化學與微影途徑製造這種機器人,它必須使用模具與彈性材料。然而,研究人員開發的簡單方法則減少了對於最先進製造技術規格的依賴,從而使得微型機器人更易於製造。

U Kei Cheang指出,「傳統上,研究人員使用昂貴的設備或複雜的方法來製造相對複雜的結構,例如螺旋狀。我們認為這是由於不瞭解微型游泳機器人有多簡單所致。」

在進行製造後,研究人員將微型游泳機器人的樣本放在PDMS等有機聚合物製造的簡單腔室中,接著再將此腔室置於安裝在顯微鏡上的電磁線圈系統中,透過外部控制即可操縱磁場的強度、旋轉頻率以及方向。透過這種方式,研究人員即可控制微型機器人的游泳動作、速度和方向。

20160729 microrobot NT02P2

MinJun Kim、Kim, Cheang以及其他的研究人員在《應用物理快報》(Applied Physics Letters)期刊中發表了這項研究。他們計劃持續這項研究,長期的研究目標在於為體內應用開發出微型機器人與奈米機器人,以奈米粒子取代碎片,有系統地研究粒子尺寸。Cheang說,「這將讓我們更深入地瞭解如何實際地簡化微型與奈米級游泳機器人。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Fabrication Simplified for Medical Microrobots,by Elizabeth Montalbano)