Shape-programmable Adaptive Multi-material Microrobots for Biomedical Applications

要約

鞭毛のある微生物は、低いレイノルズ数で泳ぎ、環境の変化に適応できます。
具体的には、鞭毛は遺伝子発現を通じてその形状やモードを切り替えることができます。
過去 10 年間、環境に適応することなく剛体タイプのマイクロロボットを製作し、研究する取り組みが行われてきました。
最近では、本物の微生物を模倣する適応型マイクロロボットの取得が注目を集めています。
しかし、ヒドロゲルによって実現されるいくつかの適応型マイクロロボットが出現したとしても、環境によって引き起こされる変形の前後におけるマイクロロボットの遊泳行動は、系統的に標準化された方法で予測されていない。
この研究では、これらの適応型マイクロロボットを完全に理解するために、実験、有限要素解析、および動的モデリングが一緒に提示されます。
上記の 3 つの部分は相互検証され、そのような方法の使用が成功し、形状プログラム可能、さらには水泳パフォーマンスもプログラム可能なマイクロロボットによる生体応用を促進することが証明されています。
さらに、提案されたマイクロロボットを使用した標的物体配送のアプリケーションも成功裏に実証されました。
最後に、提案されたマイクロロボットを生物医学用途に使用できる可能性を証明するために、細胞毒性試験が実行されます。

要約(オリジナル)

Flagellated microorganisms can swim at low Reynolds numbers and adapt to changes in their environment. Specifically, the flagella can switch their shapes or modes through gene expression. In the past decade, efforts have been made to fabricate and investigate rigid types of microrobots without any adaptation to the environments. More recently, obtaining adaptive microrobots mimicking real microorganisms is getting more attention. However, even though some adaptive microrobots achieved by hydrogels have emerged, the swimming behaviors of the microrobots before and after the environment-induced deformations are not predicted in a systematic standardized way. In this work, experiments, finite element analysis, and dynamic modeling are presented together to realize a complete understanding of these adaptive microrobots. The above three parts are cross-verified proving the success of using such methods, facilitating the bio-applications with shape-programmable and even swimming performance-programmable microrobots. Moreover, an application of targeted object delivery using the proposed microrobot has been successfully demonstrated. Finally, cytotoxicity tests are performed to prove the potential for using the proposed microrobot for biomedical applications.

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