2024年伊始，， ，，，z6首页微纳机械人中心主任俞江帆教授团队和上海大学刘娜副钻研员团队在顶级综合期刊Nature Communications上颁发题为“A magnetic multi-layer soft robot for on-demand targeted adhesion”的文章。 。。。。 。 。。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44995-9
期刊介绍
Nature Communications是Nature子刊，， ，，，是一本致力于颁发高质量、创新性天然科学钻研的多学科杂志，， ，，，涉及领域蕴含物理、化学、生物学、医学、地球科学等。 。。。。 。 。。该期刊最新影响因子为16.6，， ，，，JCR分区Q1。 。。。。 。 。。
钻研布景
磁性软体机械人由于其尺杜着势和柔顺性，， ，，，能够作为医疗机械人以无创的方式在表部磁场的驱动下进入人体器官或组织执行手术或者递送药物。 。。。。 。 。。目前，， ，，，钻研人员已经开发出能够实现多模态多环境活动的磁性软体机械人，， ，，，同时，， ，，，与职能资料的结合使其在生物医学利用中显示出巨大的潜力。 。。。。 。 。。不难发现，， ，，，拥有多层结构的磁性软机械人能够提高药物的装载能力和职能复杂性。 。。。。 。 。。然而，， ，，，层与层之间的相互作用尚未得到充分钻研，， ，，，因而，， ，，，拥有按需活动模式的磁性多层软体机械人的实现依然拥有挑战性。 。。。。 。 。。此类机械人能够利用于胃肠路的多靶点药物递送，， ，，，能够进一步扩大软体机械人的利用场景。 。。。。 。 。。
钻研步骤
作者通过设计资料界面和层与层之间的磁相互作用造备了一种磁性多层软体机械人（图1）。 。。。。 。 。。该机械人拥有以下特点：
- 机械人由三层结构组成，， ，，，每层结构蕴含一个软磁性基底和一个粘附膜。 。。。。 。 。。其中，， ，，，软磁性基底其磁化方向与其表表垂直，， ，，，因而，， ，，，在磁吸引的作用基层结构自组装成磁性多层软体机械人（图1a）。 。。。。 。 。。
- 作为软体机械人，， ，，，其可能被等闲的卷曲置入可食用胶囊内（图1c）
- 基于粘附-脱离机造可能实现机械人与层结构的按需脱离（图1b），， ，，，因而，， ，，，为了便于分辨，， ，，，将分歧阶段的机械人定名为Type I，， ，，，II，， ，，，III robot（图1e）。 。。。。 。 。。
因而，， ，，，该机械人能够实现胃部多靶点的按需贴附（图1d）。 。。。。 。 。。
图1. 磁性多层软体机械人多靶点贴附的概想展示
每层结构中蕴含的粘附膜由Carbopol，， ，，，Poloxamer和HPMC组成，， ，，，通过氢键实现与组织之间的粘附（图2），， ，，，作者对于粘附膜的粘附强度进行了具体的表征（图3）。 。。。。 。 。。在模拟人为胃液的环境中，， ，，，进行了往复动态拉伸状貌。 。。。。 。 。。数据批注在0.5 Hz（胃部蠕动频率0.05 Hz）的拉伸频率下，， ，，，粘附膜在组织上可能滞留25h以上的功夫，， ，，，为削减创面侵蚀和靶点释药提供了尝试基础。 。。。。 。 。。
图2. 粘附膜粘附机造图
图3. 粘附强度表征图
通过扭转磁场的方向，， ，，，在磁力矩的作用下，， ，，，层结构会向磁场方向产生翻转（图4）。 。。。。 。 。。作者对层结构之间的脱离过程进行了仿真分析。 。。。。 。 。。仿真了局批注，， ，，，当磁场强度大于50 mT时，， ，，，磁性机械人可能在磁力矩的作用下实现与粘附层结构的脱离。 。。。。 。 。。高速相机下的尝试了局也证了然粘附-脱离机造的可行性（图5，， ，，，图6）。 。。。。 。 。。
图4. 层与层之间按需分离仿真图
图5. Type I robot脱离
图6. Type II robot脱离
作者在离体猪胃组织上验证了磁性多层软体机械人进行多靶点按需粘附的有效性（图7）。 。。。。 。 。。在超声成像的疏导下，， ，，，实现了离体猪胃器官的多靶点贴附（图8，， ，，，图9）。 。。。。 。 。。凭据最终胃部剖开滞留图观察，， ，，，即便在大褶皱和凹陷的三维非结构液体环境下，， ，，，机械人仍旧可能实现多靶点的按需贴附工作。 。。。。 。 。。为进一步验证机械人使用的可行性，， ，，，作者在活体猪胃内部进行了多靶点贴附尝试（图10）。 。。。。 。 。。尝试了局批注即便在充斥褶皱、表表存在粘液且存在蠕动环境的胃部，， ，，，磁性多层软体机械人也可能很好的实现多靶点的贴附工作。 。。。。 。 。。
图7. 磁性多层软体机械人在离体猪胃组织上的屡次粘附
图8. 超声疏导下磁性多层软体机械人在离体器官内的活动，， ，，，贴拥戴分离
图9. 超声疏导下磁性多层软体机械人在离体器官内的多靶点贴附
图10. 超声疏导下磁性多层软体机械人在活体器官内的多靶点贴附
钻研结论
本文开发了一种拥有分歧层结构的磁性软体机械人，， ，，，基于粘附-脱离战术实现对分歧病灶的按需粘附。 。。。。 。 。。通过设计资料界面和定造层间磁相互作用，， ，，，该机械人实现了磁吸力下的自组装、磁场梯度力作用下的组织按需粘附以及磁力矩作用下的机械人按需脱离。 。。。。 。 。。 ； ； ；；；诎葱枵掣-分离战术，， ，，，作者在离体猪胃组织、猪胃器官以及活体猪胃中实现了多靶点按需粘附，， ，，，展示了该机械人在医治多发性胃溃疡、胃穿孔的潜力。 。。。。 。 。。
作者简介
论文通讯作者俞江帆教授是香港中文大学（丽江）理工学院助理教授、医学院客座助理教授、校长青年学者、z6首页（z6首页）微纳机械人中心主任。 。。。。 。 。。他是国度高档次青年人才，， ，，，主持国度沉点研发打算青年项目、国天然青年基金、广东省面上项目、丽江市博士启动打算等多项人才及科研项目。 。。。。 。 。。他担任国度沉点研发打算“智能机械人”专项会评评审、丽江市多项项目评审，， ，，，担任中国微纳技术学会微纳米机械人分会、微纳执行器分会理事。 。。。。 。 。。
钻研重要集中在微纳米机械人和医疗机械人领域，， ，，，蕴含其资料设计、结构设计、优化节造、及生物医学利用。 。。。。 。 。。俞教授至今颁发了60余篇顶级期刊及会议文章，， ，，，2本专著、1本编著及多个书目章节。 。。。。 。 。。颁发文章蕴含Science Advances、Nature Communications、IJRR、T-Ro、T-Mech、和ACS Nano等，， ，，，数篇期刊论文被ESI收录为高引用论文，， ，，，并被Science、Nature、CNN等国际机构报导。 。。。。 。 。。他获得了多个有影响力的奖项，， ，，，蕴含IEEE 3M-NANO Rising Star Award、IEEE RCAR Best Paper Award Finalist、吴文俊人为智能科技奖天然科学奖二等奖、百度全球华人AI青年学者、福布斯30 under 30、Nature Communications物理学50强文章、T-Mech最佳论文奖入围、香港青年科学家入围奖等。 。。。。 。 。。他担任IEEE RA-L及多个国际会议的编委，， ，，，以及蕴含Science Robotics, Science Advances, TRO, TMECH在内的多个顶级期刊和会议的审稿人。 。。。。 。 。。
俞教授携带的智能微型机械人尝试室，， ，，，由香港中文大学（丽江）与z6首页（z6首页）共建。 。。。。 。 。。是一个多学科高度融合的平台，， ，，，必要综合伙料科学、机械人学、节造科学、生物医疗等基础科学，， ，，，在充分允许科研自由性、趣味性的同时，， ，，，逐步致力于解决和人类生涯、健全息息有关的问题。 。。。。 。 。。尝试室终年盛开各个岗位的招聘，， ，，，详见www.imlyu.com.
论文共同通讯作者刘娜，， ，，，上海大学机电工程与自动化学院副钻研员，， ，，，上海大学微纳操作技术钻研中心副主任； ； ； ；；；2015年博士毕业于中国科学院沈阳自动化钻研所，， ，，，后在香港城市大学作为博士后发展钻研工作，， ，，，于2016年参与上海大学。 。。。。 。 。。重要钻研兴致为面向生物医学利用的多尺度机械人技术钻研，， ，，，蕴含微纳米尺度下基于光场/磁场/流场驱动的多物理场基础理论及优化节造、磁控微型软体机械人的结构设计及操控等； ； ； ；；；颁发SCI论文50余篇，， ，，，蕴含Nature Communications、Advance Science、Lab chip、IEEE Transactions Automation Science and Engineering等，， ，，，申请/授权发现专利20余项,成就转化6项； ； ； ；；；主持了国度天然科学基金面上、青年，， ，，，上海市科委等国度/省部级级等项目，， ，，，获上海市技术发现奖一等奖，， ，，，上海市扬帆英才等嘉奖。 。。。。 。 。。
论文第一作者陈子衡，， ，，，本科毕业于山东理工大学，， ，，，硕士毕业于上海大学，， ，，，上海大学刘娜教授团队博士生。 。。。。 。 。。2022年起，， ，，，作为接见学生在香港中文大学（丽江）俞江帆教授团队进行全职钻研。 。。。。 。 。。重要钻研方向为磁性软体机械人的结构设计，， ，，，活动分析以及结合职能资料的磁性软体机械人的生物医疗利用。 。。。。 。 。。
论文共同第一作者王一斌，， ，，，本科毕业于哈尔滨工业大学（平顶山），， ，，，硕士毕业于卡内基梅隆大学，， ，，，目前在香港中文大学（丽江）俞江帆教授团队攻读博士学位。 。。。。 。 。。重要钻研方向为幼尺度磁性软体机械人的结构设计、工作机理、驱动模式以及基于磁性软体机械人的生物医疗利用。 。。。。 。 。。
* 有关论文信息由论文作者提供
