Недавно команда Ли Цюаня, декана и главного научного сотрудника Института интеллектуальных материалов и Школы химии и химического машиностроения Юго-Восточного университета, добилась важного прогресса в сборке и управлении микроколлоидными роботами. Соответствующие результаты были опубликованы в Интернете в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (Proceedings of the National Academy of Sciences and United States of America, PNAS) под названием «Коллоидные трубчатые микророботы для транспортировки и сжатия грузов».
Ван Сяоюй, докторант Юго-Восточного университета, является первым автором, а Ли Цюань и молодой преподаватель Ян Тао — соавторами.
Микро-нано-роботы относятся к сложным системам, которые могут обеспечивать контролируемое срабатывание и восприятие в микро-наномасштабе и, в конечном итоге, обеспечивать доставку лекарств и лечение заболеваний in vivo. Вдохновленные роями пчел и рыб в природе, стаи микророботов привлекают все большее внимание благодаря своим совместным способам движения, доставки и передачи сигналов. В качестве нового типа системы микророботов динамическая сборка коллоидов, реагирующих на внешнее поле, может использоваться в качестве эффективного средства для кластеров роботов. Однако существующие конструкции сборки коллоидных роботов ограничены плотными коллоидными агрегатами, что существенно ограничивает их функциональность. Как сконструировать сложную структурно-функциональную систему коллоидного агрегата и установить соответствующую взаимосвязь структура-активность — задача, которую необходимо срочно решить.
Команда Ли Цюаня предложила метод сборки метастабильной коллоидной структуры. Благодаря проектированию пути сборки впервые удалось собрать сложные трехмерные полые трубчатые структуры из суперпарамагнитных коллоидных микросфер. Этот метод имеет широкий спектр применения и позволяет обеспечить повторную сборку суперпарамагнитных коллоидных частиц размером от 200 нанометров до 30 микрон в неньютоновских жидкостях, включая кровь. Собранные роботы из микротрубок могут точно контролировать трехмерную тенденцию, направление и скорость движения с помощью внешних магнитных полей. Внутреннее пустое пространство позволяет этим трубчатым микророботам захватывать, транспортировать и выпускать товары в соответствии с инструкциями. Кроме того, два робота из микротрубочек можно объединить вдоль оси, чтобы сформировать нового робота. По сравнению с другими сборочными конструкциями, метастабильная структура робота из микротрубочек может поддерживать многократное радиальное сжатие, поэтому ее можно использовать в качестве микропинцета для сдавливания внутренних эритроцитов и других гибких грузов для обнаружения целевых объектов на месте. Эта работа дает новые идеи для сборки сложных коллоидов и манипулирования микророботами.
Эта исследовательская работа финансировалась «Командой двойного предпринимательства» провинции Цзянсу, Фондом естественных наук провинции Цзянсу и другими проектами.