【突破】新的微型驱动器让Google纳米机器人成为可能

早前《华尔街日报》曾报道Google正在研发纳米机器人，希望它们可以进入人体血液时刻侦测人体状况，但这遭到了不少人的质疑，其中最有代表性的一个观点是，什么样的电池才能让如此小的机器人在不频繁充电的情况下又有足够的续航。现在，瑞士的科学家研究出新型的材料和制造技术，造出一种更好的微型驱动器，解决了纳米机器人的驱动问题。

图示为覆盖了活性化合物的不同形状的微型驱动器

得益于新材料和微观3D打印技术的发展，研究人员已经开发出了改良的微型磁力驱动器。 科学家们一直致力于微米级驱动器的研究，以期有一天它能将药物或化学传感器分子运输到人体内的任意特定地方。现在，苏黎世联邦理工大学的研究人员在这种微型设备的研究中又迈出了关键性的一步：一种新的生产技术和新型材料让人们可以制造任何形状的微型驱动器，并优化他们的未来应用。 螺旋状并具有磁性的细长型驱动器元件可以在液体中穿行。它们是通过一个外部的旋转磁场进行驱动；它们沿着磁场线并绕其纵向轴线前进。得益于其螺旋形状，他们可以在液体中向前游动。 当应用传统的制造技术时，这些微对象的磁特性依赖于该设备本身的形状。这种限制使得研究人员很难开发可以精确控制和航向稳定的驱动器，微型和纳米系统教授Christofer Hierold领导团队中的博士生Christian Peters解释道：“此前，这些元件前进过程中摇摇晃晃，并且效率很低，因为它们的磁力特性不太理想。现在，我们已经开发出一种新型材料和制造技术，使我们可以独立调整磁力特性而不依赖于对象的几何形状。” 微观3D打印机 科学家使用的是一种光敏感、生物相容的环氧树脂，并在其中掺入了磁性纳米颗粒。在固化阶段的第一部分，他们把这种材料做成薄层曝露在磁场中。该磁场将磁化纳米颗粒，让纳米颗粒以平行线的形状重新排列。这些线的方向决定了材料的磁力特性。然后，研究人员通过光子聚合反应制造出细长结构的改良环氧树脂膜。这种工艺类似于一个微观3D打印机：激光束在计算机的控制下进行移动，环氧树脂层以三维的方式输出，从而固化树脂。最后，为固化的区域可以用溶剂洗去。 此项技术使得研究人员可以制造出长度为60微米、直径为9微米的螺旋结构，并进行垂直于纵向轴线的磁化。传统的制造方法不能制造出拥有这样磁力特性的物体，最佳的磁化通常是在物体的纵向轴线方向上，就像一个罗盘针。这种新型的驱动器可以实现精确控制，它们向前游的速度几乎可达到以前同类元件的四倍，并且在这个过程中不会摇晃。 新的形状有更大的表面积 以前的微型驱动器通常形状为螺旋形，而微观3D制造技术使得瑞士联邦理工学院的科学家可以改良其形状。在此项研究中，他们制造出的形状类似于螺线形、纽带和双绞线。测试表明，这些形状物体的游泳速度跟螺旋形驱动器的一样快，但新形状的物体与后者相比的不同之处在于它们的表面积大两到四倍。“这使得这种驱动器在某些应用中更有益，”机器人与智能系统教授领导的团队中的研究助理Salvador Pané说。 如果这些元件用于携带药物或化学传感器分子在身体的特定位置，那驱动器表面必须覆盖相应的分子。元件的表面积越大，能够运输的材料的数量就越多。研究人员证明，从理论上说，在螺线型马达结构表面覆盖带有抗体的生物医学材料是可行的。 “但它不只是微型游泳机器人，”Peters说。“这项新技术还可用于制造具有特定磁力特性的微型物体。”这是机械及过程工程系两位教授在微观系统技术和微型机器人领域多年共同研究的成果，加上Pané。Nelson领导的团队在制造和应用磁性微型机器人领域已经有多年的经验，Hierold领导的团队在将新材料集成到微观系统领域有很强的竞争力