Advanced Intelligent Systems:微型磁驱动机器人在复杂生物流体中的可控导航

循环系统在人体内不同组织器官之间运输各种物质,能够在这条体内自然路径中可控移动的无约束微型机器人为精准医疗靶向给药问题提供了一个极具可行性的解决方案。由于磁驱动具有无线驱动、生物可穿透性和生物兼容性等方面的优势,已被广泛用于为微型机器人提供动力。为实现靶向给药,磁性微型机器人在变流速、变方向的复杂生物流体环境中的精准导航极富挑战性。如果不清楚如何使磁性微型机器人在生物流体环境中抵抗顺流和逆流变化的流速,就无法使磁性微型机器人以可控的方式穿过血管到达目标位置。

澳门大学科技学院智能与微纳系统实验室/健康学院生殖发育及衰老中心博士生吴泽浩、硕士生张宇霆艾娜娜博士后研究员、硕士生陈浩然葛伟教授和徐青松教授通过仿真和实验对该问题进行了探索,提出了一种磁性微机器人在复杂生物流体环境中旋转磁场驱动参数的选择策略,以实现磁性微机器人在复杂生物流体环境中的精准导航。

该研究中,作者们通过仿真揭示了微型机器人的横截面尺寸和形状对于抵抗逆流、无流动和顺流等环境中不同流速所需驱动扭矩的影响,并在微流道中进行了实验验证。根据结果,提出了一种选择机制来选取旋转磁场的最优驱动参数,以实现在流速变化较大的顺流和逆流中精准可控地导航磁性微型机器人。通过运用所提出的选择策略,磁性微型机器人成功实现在充斥着高流速变化血清溶液的分叉通道中顺流与逆流可控运动。另外,磁性微型机器人顺利完成在活体斑马鱼幼鱼卵黄中的体内导航移动。体内实验结果进一步验证了所提出的磁驱动参数选取策略的有效性,及其在更小尺度磁性微型机器人和低流速生物流体内的可扩展性。

论文信息:

Magnetic Mobile Microrobots for Upstream and Downstream Navigation in Biofluids with Variable Flow Rate

Zehao Wu, Yuting Zhang, Nana Ai, Haoran Chen, Wei Ge*, Qingsong Xu*

Advanced Intelligent Systems

DOI: 10.1002/aisy.202100266

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202100266