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文獻(xiàn)信息

英文標(biāo)題：A magnetic multi-layer soft robot for on-demand targeted adhesion

中文標(biāo)題：磁性多層軟體機(jī)器人，可按需定向粘接

發(fā)表期刊：《Nature Communications》

影響因子：16.6

作者單位：上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院

香港中文大學(xué)(深圳)

作者信息：劉娜副研究員課題組、俞江帆助理教授

研究背景

胃潰瘍，傳統(tǒng)治療方法如口服藥物，由于藥物在胃酸環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性差和在粘膜中的滲透性不足，治療效果受限。因此，研究者提出了一種新的治療方法，即使用磁性多層軟體機(jī)器人進(jìn)行靶向藥物遞送和組織粘附，以提高治療效果。

研究方法

1. 設(shè)計(jì)了一種由軟磁性基底和粘附膜組成的多層軟體機(jī)器人。

2. 通過實(shí)驗(yàn)和模擬分析了軟體層間的磁相互作用，優(yōu)化了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式和粘附性能，

3. 對(duì)粘附膜的機(jī)械性能進(jìn)行了系統(tǒng)表征，如Lap-shear(搭接剪切實(shí)驗(yàn))和T-peel(T型剝離實(shí)驗(yàn))。

4. 利用外部磁場(chǎng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行精確操控，包括在胃組織上的導(dǎo)航、覆蓋和粘附，以及通過改變磁場(chǎng)方向?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的翻轉(zhuǎn)和層間分離。

5. 在離體豬胃組織和在體內(nèi)豬胃中進(jìn)行了多目標(biāo)粘附實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了機(jī)器人的實(shí)用性和有效性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

機(jī)器人成功實(shí)現(xiàn)了在胃組織上的兩種運(yùn)動(dòng)模式，包括平移運(yùn)動(dòng)和翻滾運(yùn)動(dòng)，且能夠在不同垂直距離下進(jìn)行有效運(yùn)動(dòng)。其展示了出色的粘附性能，粘附膜的最大斷裂應(yīng)力和應(yīng)變分別為23.08 ± 2.77 MPa和21.04 ± 4.44%。在離體和在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中均成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)潰瘍點(diǎn)的靶向粘附，證明了其在復(fù)雜胃環(huán)境中的導(dǎo)航和粘附能力。生物相容性測(cè)試表明，機(jī)器人的材料對(duì)人胃黏膜上皮細(xì)胞(GES-1)無毒性，細(xì)胞存活率與對(duì)照組相比沒有顯著差異。通過超聲成像技術(shù)，研究者能夠在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)器人的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為機(jī)器人的精確操控提供了重要支持?？偨Y(jié)來說，這項(xiàng)研究成功開發(fā)了一種磁性多層軟體機(jī)器人，它能夠在胃組織上實(shí)現(xiàn)精確的靶向粘附，為胃潰瘍的治療提供了一種新的、潛在的非侵入性方法。

研究結(jié)論

該論文驗(yàn)證了機(jī)器人在體外和體內(nèi)環(huán)境中的多靶點(diǎn)粘附的實(shí)施，展示了其在治療胃潰瘍方面的潛力。綜上所述，通過將功能材料集成到軟體機(jī)器人中，可以提供更多的可能性來拓寬應(yīng)用范圍。