Designing a Magnetic Micro-Robot for Transporting Filamentous Microcargo

要約

近年、医療業界では低侵襲処置への関心が高まっており、磁気マイクロロボットが有望なアプローチとして浮上しています。
これらのマイクロロボットは、粘弾性流体や非ニュートン流体を含むさまざまな媒体中を移動する能力を備えており、標的を絞った薬物送達や医療介入を可能にします。
現在の設計の多くは、細菌や精子などの生物学的システムのマイクロスイマーに触発されており、ペイロードの輸送に接触ベースの方法を採用しています。
貨物とキャリアの間の粘着により、ターゲット部位での放出に問題が生じる可能性があります。
このプロジェクトでは、私たちの主な目的は、非接触で薬剤や貨物を配送するためのヘリカルマイクロロボットの可能性を探ることでした。
私たちは、特に受動フィラメントを輸送する能力に焦点を当てて、ヘリカルマイクロロボットの形状と幾何学的パラメータに関する包括的な研究を実施しました。
私たちの分析に基づいて、非接触アプローチを使用してニュートン流体中の受動フィラメントの捕捉と輸送を強化するために、2つの引っ張りマイクロ螺旋と1つの押し込みマイクロ螺旋を含む、利き手が交互になる3つのセクションで構成される新しいデザインを提案します。
次に、受動フィラメントを捕捉して輸送するプロセスをシミュレーションし、新しく設計したマイクロロボットの機能をテストしました。
私たちの発見は、ヘリカルマイクロロボットの物理学と、医療処置や薬物送達におけるその可能性についての貴重な洞察を提供します。
さらに、提案された糸状貨物を非接触で配送する方法は、医療用途向けのより効率的かつ効果的なマイクロロボットの開発につながる可能性があります。

要約(オリジナル)

In recent years, the medical industry has witnessed a growing interest in minimally invasive procedures, with magnetic microrobots emerging as a promising approach. These micro-robots possess the ability to navigate through various media, including viscoelastic and non-Newtonian fluids, enabling targeted drug delivery and medical interventions. Many current designs, inspired by micro-swimmers in biological systems like bacteria and sperm, employ a contact-based method for transporting a payload. Adhesion between the cargo and the carrier can make release at the target site problematic. In this project, our primary objective was to explore the potential of a helical micro-robot for non-contact drug or cargo delivery. We conducted a comprehensive study on the shape and geometrical parameters of the helical microrobot, specifically focusing on its capability to transport passive filaments. Based on our analysis, we propose a novel design consisting of three sections with alternating handedness, including two pulling and one pushing microhelices, to enhance the capture and transport of passive filaments in Newtonian fluids using a non-contact approach. We then simulated the process of capturing and transporting the passive filament, and tested the functionality of the newly designed micro-robot. Our findings offer valuable insights into the physics of helical micro-robots and their potential for medical procedures and drug delivery. Furthermore, the proposed non-contact method for delivering filamentous cargo could lead to the development of more efficient and effective microrobots for medical applications.

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