Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

Инженеры напечатали многофункциональных микроскопических роботов-рыбок

Добавлено: 2015-08-28, просмотров: 578


Рыбки, освобождая раствор от токсинов, начинают флуоресцировать
(фото W. Zhu and J. Li, UC San Diego Jacobs School of Engineering).

Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали инновационную технологию 3D-печати, чтобы создать многоцелевых микророботов в форме рыбок. Устройства могут плавать в жидкостях, получать энергию химическим путём из перекиси водорода и контролироваться с помощью магнитов.

Группа американских исследователей во главе с Шаочэнь Чэнем (Shaochen Chen) и Джозефом Ваном (Joseph Wang) с факультета наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего надеется, что их концепция вдохновит другие группы учёных на создание нового поколения умных микророботов, которые смогут осуществлять детоксикацию, зондирование и направленную доставку лекарственных препаратов.

Метод, предложенный инженерами для печати многофункциональных микрорыбок отличается от других методов, традиционно используемых для создания микророботов с различными механизмами (например, микроструйными двигателями, микросвёрлами или микроракетами). Большая часть подобных устройств не способна выполнять сложные задачи из-за своей формы (как правило, сферической или цилиндрической), а также из-за того, что созданы они из однородных неорганических материалов.

Объединив технологии 3D-печати, разработанные Чэнем, и опыт Вана по созданию микророботов, команда создала микрорыбок, которые могут передвигаться при помещении в раствор, содержащий перекись водорода. Наноинженеры также добавили функциональные наночастицы в некоторые части тела микрорыбок: в хвостах они разместили наночастицы платины, которые вступают в реакцию с перекисью водорода и позволяют устройству двигаться вперёд, а в голове – наночастицы магнитного оксида железа, благодаря чему микророботами можно управлять с помощью магнитов.

Новый метод изготовления микрорыбок основан на быстрой технологии 3D-печати с высоким разрешением. Среди преимуществ технологии – скорость, масштабируемость, точность и гибкость. Так, исследователи могут напечатать массив из сотни микрорыбок (длина каждой – 120 мкм, а толщина – 30 мкм) всего за несколько секунд.

В процессе также не используются агрессивные химические вещества, а с конструкциями микророботов можно экспериментировать. Учёные уверены, что это позволит им и их последователям не ограничиваться только формой рыб – они смогут построить микророботов и в форме птиц.

Ключевым компонентом технологии печати столь миниатюрных и сложных устройств является чип с массивом из около двух миллионов микрозеркал. Каждое микрозеркало регулирует путь прохождения ультрафиолетового пучка в желаемой структуре, проецирует его на светочувствительный материал, который затвердевает под воздействием света. (Микрорыбки создаются с использованием одного слоя светочувствительных материалов.)

3D-печатные микрорыбки содержат функциональные наночастицы, которые позволяют управлять ими с помощью магнитов (иллюстрация J. Warner, UC San Diego Jacobs School of Engineering).

"Отчасти мы вдохновлялись природными микроскопическими пловцами, которые нередко имеют сложные геометрические формы, а толщина их не превышает толщину человеческого волоса, – рассказывает соавтор работы аспирант Вэй Чжу (Wei Zhu). – Мы можем легко интегрировать различные функции внутрь этих крошечных роботов-пловцов для их работы в самых разных областях".

Чтобы проверить, насколько хорошо миниатюрные рыбки справляются с задачей очистки жидкости, в которой плавают, исследователи добавили наночастицы в тело устройств. Они использовали наночастицы полидиацетилена, которые захватывают и нейтрализуют токсины, например, те, что содержатся в пчелином яде. Когда наночастицы полидиацетилена связываются с молекулами токсина, они становятся флуоресцентными и светятся красным цветом. По интенсивности свечения микрорыбок команда контролировала их способность к очистке жидкости от яда.

Исследователи заметили, что высокая скорость передвижения микроскопических устройств играет им на руку: чем быстрее они плавают в растворе, тем быстрее он очищаются от токсинов.

В дальнейшем американские учёные планируют изучить возможность ведрения лекарственных препаратов внутрь микрорыбок – это позволит использовать маленьких ботов для направленной доставки медикаментов.

Подробнее об уникальных микрорыбках можно прочитать в журнале Advanced Materials.

Вести.ру