Продолжаются исследования микроскопических элементов, которые в будущем позволят доставлять лекарства или молекулы химических датчиков в определенные места по всему человеческому организму. Исследователи Высшей технической школы Цюриха (ETH) сделали в совершенствовании таких микро-устройств решающий шаг вперед. Новая технология производства и новые материалы позволяют изготовить крошечные механизмы любой формы и оптимизировать их для перспективных целей.
Вытянутые исполнительные элементы, которые могут перемещаться в жидкостях, имеют спиральную форму и обладают магнитными свойствами. Они движутся под воздействием внешнего вращающегося магнитного поля, перемещаются вдоль силовых линий магнитного поля и вращаются вокруг своей продольной оси. Благодаря спиральной форме они могут плыть сквозь жидкие среды.
При применении обычных методов изготовления, магнитные свойства микрообъектов зависят от формы. Что затрудняет разработку приводов с точным управлением. Раньше такие элементы были менее эффективны, потому что их магнитные свойства были не идеальными. Разработанные материалы и технология изготовления позволяют получать магнитные свойства, не зависящие от геометрии объекта.
Ученые использовали светочувствительную, биосовместимую эпоксидную смолу, в которую они включили магнитные нано-частицы. Затем исследователи изготовили крошечные удлиненные структуры из модифицированной эпоксидной пленки через двухфотонную полимеризацию. Эта методика аналогична микроскопической 3D-печати. Лазерный луч перемещается под управлением компьютера в трехмерной структуре слоя эпоксидной смолы, закрепляя отдельные участки. Не затвердевшие области могут быть смыты растворителем.
Данная методика позволила исследователям изготовить спиральные структуры длиной 60 микрометров и 9 микрометров в диаметре, с намагниченностью, перпендикулярной продольной оси. Новые приводы могут управляться более точно, они плавают почти в четыре раза быстрее, чем предыдущие элементы, и они не раскачиваются.
Прежние микро-приводы обычно имели форму штопора (спирали), но теперь благодаря технологии микроскопической 3D печати ученые ETH смогли изготовить модифицированные формы. В процессе исследований они изготовили подобные спиралевидной структуре скрученные полоски и дважды скрученные провода. Испытания показывают, что эти формы плавают в жидкости также быстро, как и штопорообразные приводы, но новые формы отличаются от последних тем, что их поверхность больше от двух до четырех раз. "Это делает приводы более интересными для некоторых приложений", - говорит Salvador Pané, научный сотрудник из группы робототехники и интеллектуальных систем.
Если такие элементы будут переносить лекарства или молекулы химических датчиков в определенные места в организме, исполнительные механизмы должны быть покрыты подходящими молекулами. И чем больше поверхность элемента, тем больше материалов может он транспортировать. Исследователи продемонстрировали, как можно покрыть структуры интересными с биомедицинской точки зрения материалами, соединив антитела с поверхностью спиральных двигателей.
"Но это не просто плавающие микро-роботы. Новая технология также может использоваться для создания микрообъектов с конкретными магнитными свойствами". Работа швейцарских ученых является результатом многолетних совместных исследований профессорами кафедр механического и технологического машиностроения в области микросистем и микро-роботов. Группа во главе с Nelson имеет многолетний опыт в производстве и применении магнитных микро-роботов, а группа во главе с Hierold имеет большой опыт в интеграции новых материалов в микросистемы.
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение