Главная / Плавающие в жидкости микророботы, сделанные с помощью 3D-печати
09.09.2015 |
|
 Наноинженеры в университете Калифорнии, Сан-Диего, использовали инновационную технологию 3D печати, которые они разработали для производства многоцелевых микророботов в форме рыб, которые эффективно плавают в жидкостях, химически питаются от перекиси водорода и контролируются с помощью магнитов. Эти синтетические «микрорыбы» станут вдохновением для нового поколения «умных» микророботов, которые имеют различные возможности, такие как детоксикация, зондирования и направленная доставка лекарств, по сообщению исследователей.
Метод, используемый для изготовления микрорыб, имеет многочисленные улучшения по сравнению с другими методами, традиционно используемыми для создания микророботов с различными механизмами передвижения, такисм как микроструйные двигателей, микросверла и микроракеты. Большинство из этих микророботов не способны выполнять более сложные задачи, потому что они имеют простую конструкцию (сферическую или цилиндрическую структуру) и сделаны из однородных неорганических материалов. В новом исследовании, ученые продемонстрировали простой способ создания более сложных микророботов.
Объединив технологию 3D печати с опытом работы с микророботами, исследователи смогли собрать «микрорыбу», которая может сделать больше, чем просто плавать вокруг, при помещении в раствор, содержащий перекись водорода. Наноинденеры легко смогли добавить функциональные наночастиц в некоторых части микроробота. Они установили платиновые наночастицы в хвостах, которые вступают в реакцию с перекисью водорода, чтобы приводить микрорыбу в движение, и наночастицы магнитного оксида железа в головах, которые позволили им управляться с помощью магнитов.
С помощью этого метода, исследователи могут легко интегрировать различные функции внутри этих крошечных роботов-пловцов для широкого спектра приложений.
В демонстрации, доказывающей правильность концепции, исследователи включены наночастицы, нейтрализующие токсины, по всем органам микрорыбы. В частности, исследователи смешивали наночастицы полидиацетилена, которые захватывали вредные порообразующие токсины, такие как те, которые встречаются в пчелином яде. Исследователи отметили, что мощное плавание микрорыб в растворе значительно усиливает их способность очищать токсины. Когда наночастицы полидиацетилена связываются с молекулами токсина, они становятся флуоресцентными и излучают красный свет. Команда была в состоянии контролировать способность детоксикации микрорыб по интенсивности их красного свечения. Данный эксперимент он показывает, как подобные микророботы могут использоваться как в качестве систем детоксикации так и в качестве датчиков токсина.
Новый метод изготовления микрорыб основан на быстрой технологии 3D-печати с высоким разрешением, называемой микромасштабной непрерывного оптической печатью (μCOP). Некоторые из преимуществами технологии μCOP являются скорость, масштабируемость, точность и гибкость. В течение нескольких секунд, исследователи могут напечатать массив, содержащий сотни микрорыб, каждая из которых имеет размеры 120 мкм в длину и 30 мкм в толщину. Этот процесс также не требует использования агрессивных химикатов. Поскольку технология μCOP является оцифрованной, исследователи могли легко экспериментировать с различными конструкциями для их микрорыб, в том числе формы акул и скатов.
С их технологией 3D печати, исследователи не ограничивается только одними формами рыб. Они могут быстро построить микророботов, вдохновленных другими биологическими организмами, такими, как птицы.
Ключевым компонентом технологии μCOP является цифровой чип с массивом микрозеркал, который содержит около двух миллионов микрозеркал. Каждое микрозеркало регулируется отдельно для проецирования УФ-света в желаемую структуру (в данном случае, форму рыбы) на светочувствительном материале, который затвердевает под воздействием УФ-света. Микрорыбы изготавливаются с использованием светочувствительного материала и строятся по одному слою, что позволяет каждому набору функциональных наночастиц быть «напечатанным» в определенных частях органов рыбы.
|
|
