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可用于疾病诊断和治疗的3D打印微型机器人

供稿:中国工控网 2016/7/5 11:35:12

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机器人是一种可编程、能执行某些操作或移动动作的自动控制机械。随着微米、纳米、微电子机械技术、微型机械电子系统(MEMS)的发展,机器人也逐渐变得越来越微小,为科学家发明可以在人体内使用的微型机器人创造了条件。体内微型机器人可以在人体管腔和液体介质内“游动”,以完成某些疾病的诊断和治疗任务。
  
  包括双光子光刻、喷墨技术在内的3D打印技术在制造体内微型机器人中发挥了重要作用。本期和小编一起了解几个3D打印的体内微型机器人。
  
  3D打印塑造外形
  
  磁场或化学反应提供动力
  
  成功运输肾细胞的微型机器人 


  

研究人员使用双光子光刻技术3D打印技术制造出了一个微米级的微型机器人Microswimmers。该文探讨了利用3D打印技术制造微型机器人所面临的现实和挑战。研究人员利用microswimmers进行试验,并检验他们在不同类型的液体和细胞环境中应对挑战的能力。
  
  在研究中,微型机器人在十分粘稠的环境中表现的非常成功,在对微型机器人进行的进一步试验中,它们能够像细菌那样旋转运动,并可以携带“货物”。研究团队由此受到启发,使用同样的3D打印技术制造出了螺旋形的微型货船机器人,这种微型机器人表面涂覆了镍和钛,外形都为六面体和筒状。研究中,研究人员给这些微型货船机器人的运输任务是运送人体肾细胞,它们成功完成了任务。

120微米的微型鱼

 
  美国加州大学纳米工程系的科学家曾3D打印出120微米的微型机器人微型鱼(microfish)。这种机器人可以通过磁力和化学反应来控制方向和速度,具有在生物和非生物液体中游泳的能力。科学家能够将这些微型鱼放入过氧化物溶液中游泳长达2小时,在室温下的存放时间长达一个星期。

120微米的微型鱼



  美国加工大学科学家制造微型鱼的技术是一种纳米级的快速3D打印技术,称之为微尺度连续光打印(�COP,MicroscaleContinuousOpticalPrinting)。微尺度连续光打印(�COP)技术主要依赖一种数字微镜装置(DMD)芯片,并使用大约2百万个微型反射镜,将UV光投射到光聚合物材料上。通过类似DLPSLA的3D打印技术,对打印材料进行逐层固化。该技术使科学家们能够制造出各种形状的微型鱼(蝠鲼,鲨鱼等),而且只有120微米(长)×30微米(厚)。最重要的是,这些微型鱼只需几秒钟就能制造出来。
  
  为了能够以一种经济和可扩展的方式3D打印出精细而逼真的人造微型鱼,科学家优化了�COP打印系统。科学家们已能够使用三种不同的功能性纳米粒子制造出微型机器鱼,包括氧化铁(可通过磁性引导微型鱼)、铂(可通过化学引导机器鱼),和聚二乙炔(PDA,可用于中和有害的毒素)。
  
  微型火箭机器人
  
  英国谢菲尔德大学的科学家们利用喷墨3D打印技术创建了一个微型火箭机器人。它的应用前景是药物运输和定位癌细胞。

 

                             微型火箭机器人


  在火箭机器人诞生之前,现有的微型机器人通常是由聚苯乙烯粒、碳纳米管或金属材料制造的。它们获得的推动力来自于机器人身体上分布的催化剂,常见的催化剂是铂。这些材料制造成本高,并且制造难度大。而微型火箭机器人并不是依靠铂金属来获得推动力的。那么,它是如何在体内游动的呢?原来发生在打印材料间的化学反应发挥了重要作用。英国谢菲尔德大学的研究人员使用一台喷墨式3D打印机将溶解的蚕丝和过氧化氢酶混合液体逐层沉积,甲醇也同时被逐层沉积。甲醇将与混合溶液发生化学反应,从而促进形成刚性的火箭形状。过氧化氢酶随后与燃料分子发生反应,产生推动火箭前进的气泡。
  
  研究人员表示,由于蚕丝和过氧化氢酶都是可生物降解的物质,这样的微型火箭机器人具有更好的生物相容性,所以将他们应用于人体内的药物运输和癌细胞定位更加安全。喷墨3D打印技术的作用是制造出火箭机器人的形状,控制游泳方式,让科研人员在生产前对火箭机器人所进行的数字定义得以实现。

审核编辑(王静)
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新闻来源: 中国智能制造网

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