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廣東工業(yè)大學(xué)陳新&陳云教授團隊:通過(guò)不對稱(chēng)激光誘導石墨烯實(shí)現的輕型無(wú)漂移磁驅動(dòng)毫米機器人


24年5月21日陳新/陳云教授團隊在《Nature Communications》(影響因子:16.6)中發(fā)表最新研究論文,“Lightweight and drift-free magnetically actuated millirobots via asymmetric laser-induced graphene”。在激光誘導加工石墨烯及微型機器人方面取得重要進(jìn)展。

【方法】

 

研究團隊在激光誘導聚合物到石墨烯的轉換過(guò)程中引入非對稱(chēng)畸變,從而加工出形狀可控的螺旋狀石墨烯片;基于此進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出運動(dòng)速度快、運動(dòng)路徑精準且無(wú)偏移的輕質(zhì)磁驅動(dòng)微機器人,并通過(guò)活體實(shí)驗展示了該類(lèi)微機器人在載藥靶向治療方面的能力。

【研究亮點(diǎn)】

創(chuàng )新的制造技術(shù):通過(guò)不對稱(chēng)激光誘導石墨烯(LIG)過(guò)程,實(shí)現了從聚合物基底上剝離并卷曲成螺旋形狀的石墨烯片,種方法具有高吞吐量和可控性。

                                            圖1.多孔螺旋LIG片材的設計和生產(chǎn)工藝

                                                      圖2.多孔螺旋LIG片的加工與表征

輕量化和無(wú)漂移設計:所制造的微型機器人具有低密度和高表面疏水性,能夠在液體中實(shí)現完全懸浮,從而在運動(dòng)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生橫向漂移。

                                                圖3.懸掛時(shí)具有不同狀態(tài)和特性的GH毫米機器人示意圖

高速運動(dòng)能力:鎳涂層的石墨烯基螺旋微型機器人展示了快速運動(dòng)的能力,其游泳速度高達每秒2.64個(gè)身體長(cháng)度。

 

精確的藥物輸送:微型機器人能夠實(shí)現精確的藥物裝載和按需釋放,特別是通過(guò)近紅外(NIR)輻射觸發(fā)的抗癌藥物釋放。

           圖4.GH毫米機器人用于治療藥物遞送的概念圖

高通量生產(chǎn)潛力:研究展示了每秒可制造77個(gè)微型機器人支架的能力,表明了其在大規模生產(chǎn)方面的潛力。

 

成本效益:由于制造速度快且原材料成本低,每個(gè)微型機器人的成本可以控制在極低水平,低于一分錢(qián)美元。

 

多功能性:這些微型機器人不僅適用于藥物輸送,還具有在其他領(lǐng)域如污染物清理和傳感應用中的潛在用途。

           圖5.GH毫米機器人的藥物遞送和釋放

這項研究展示了石墨烯基微型機器人在醫療和生物工程領(lǐng)域應用的巨大潛力,特別是在提高藥物輸送效率和精確度方面,標志著(zhù)微型機器人技術(shù)的重大進(jìn)步,為未來(lái)醫療健康和環(huán)境科學(xué)開(kāi)辟了新道路。

 

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-48751-x

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