近日，香港城市大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系（BME）副教授申亞京博士與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（SIAT）合作，成功開(kāi)發(fā)出了一種制造毫米級(jí)（Millirobots）機(jī)器人的方法。該方法只需要在毫米機(jī)器人表面噴涂磁性噴霧劑，在磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，被涂物體就能在不同的表面上爬行、行走或者滾動(dòng)。 由于磁性圖層具有生物相容性，可以在需要時(shí)分解成粉末，因此該技術(shù)具有生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的潛力，包括導(dǎo)管導(dǎo)航和藥物輸送。 該研究成果于 2020 年 11 月 18 日發(fā)表于科學(xué)雜志《科學(xué)機(jī)器人》（Science Robotics）上。題目為 “An agglutinate magnetic spray transforms inanimate objects into millirobots for biomedical applications”（凝集磁性噴霧將無(wú)生命的物體轉(zhuǎn)化為用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的毫微機(jī)器人）。

一直以來(lái)，科學(xué)家在尋找能夠適應(yīng)不同環(huán)境且能用于生物醫(yī)學(xué)的微型機(jī)器人。申教授團(tuán)隊(duì)采用了一種簡(jiǎn)單的方法，給物體覆蓋磁性外衣，然后用磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)申博士的介紹，“磁性外套” 可以將任何物體變成機(jī)器人并且控制它們運(yùn)動(dòng)。 這種神奇的磁性外套又叫 M-spray，是由聚乙烯醇（PVA）、麩質(zhì)蛋白（Gluten）和鐵微粒（Iron Particles）組成，可以在瞬間穩(wěn)固地粘附在一維、二維或三維物體的表面上，無(wú)論這個(gè)表面是粗糙還是光滑。M-Spray 能夠在物體表面形成厚度為 0.1-0.25 毫米的薄膜，足以保留物體的原始尺寸、形式和結(jié)構(gòu)。

圖｜研究團(tuán)隊(duì)向物體表面噴涂 M-Spray

當(dāng)受到磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，這些機(jī)器人可以在玻璃、皮膚、乃至木頭到沙子表面進(jìn)行多種形式的運(yùn)動(dòng)，例如爬行、翻轉(zhuǎn)、步行和滾動(dòng)。該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)棉線、折紙或者塑料管將物體轉(zhuǎn)化成更復(fù)雜的爬行動(dòng)物機(jī)器人、多足機(jī)器人或者滾動(dòng)機(jī)器人。 已在兔子體內(nèi)測(cè)試 一般來(lái)說(shuō)，微型機(jī)器人在結(jié)構(gòu)固定之后，其運(yùn)動(dòng)模式基本確定，很難發(fā)生改變。但申博士團(tuán)隊(duì)的微型機(jī)器人突破了這一點(diǎn)。通過(guò)將 M-Spray 粘在物體表面，再通過(guò)對(duì)其施加強(qiáng)磁場(chǎng)，就可以改變 M-spray 涂層的磁性顆粒的分布方向和排列方向，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的靈活控制。 實(shí)驗(yàn)表明，噴涂了磁性外套的微型機(jī)器人，能夠在不同運(yùn)動(dòng)模式之間靈活切換。比如寬敞環(huán)境下可以以 3D 毛毛蟲(chóng)的形式運(yùn)動(dòng)，而到了狹窄區(qū)域，則能以平面（2D）方式 運(yùn)動(dòng)。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證毫米機(jī)器人在藥物遞送上的應(yīng)用可能性，申博士團(tuán)隊(duì)在兔子體內(nèi)進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。對(duì)兔子麻醉后，通過(guò)放射成像追蹤兔子體內(nèi)涂有磁性外套的膠囊，當(dāng)膠囊達(dá)到目標(biāo)區(qū)域后，研究人員施加震蕩磁場(chǎng)使其分解。申博士介紹說(shuō)：“M-Spray 的可控分解特性，能夠讓藥物在目標(biāo)位置釋放，而不是在器官中擴(kuò)散?！?

在強(qiáng)酸環(huán)境（PH=1）下，M-Spray 涂層 8 分鐘后分解。但如果在其表面附加 PVA 層，能延長(zhǎng)到 15 分鐘，再用鎳顆粒代替鐵顆粒，則可堅(jiān)持 30 分鐘以上。這表明其在生物體內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)距離藥物輸送是可能的。 -End-

原文標(biāo)題：新型電磁噴霧可將任何物體變成機(jī)器人，有望在生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用

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