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相比刚性机械人,软体机械人能够实现更高自由度的变形,且在碰撞时更好地吸收能量,从而有用填补机械与人之间机械性子的差异,提高应用中的清静性。若进一步赋予软体机械人以磁性并缩小至小尺度(毫米尺度及以下)后,则可以在磁chang操控下实现人体情形中软体机械人的远程准确控制。此类磁性微型软体机械人有望进入人体中通例医疗手段难以触及的狭窄区域中执行使命,从而在生物医学领域展现出重大的应用价值 [Chem. Rev.?2022, 122, 5317; Nat. Rev. Mater.?2018, 3, 74]。
液态金属磁性软体机械人因其奇异的不混溶性、可变形性和金属属性而受到普遍关注。为了构建gai新型的磁性软体机械人,研究人yuan使用了差异磁性金属粉末(Fe、Ni、NdFeB和Gd等)与液态金属(镓和共晶镓铟合金等)举行复合。然而,这些历程wangwang依赖于金属粉末与液态金属间的合金化作用或液态金属氧化膜黏附作用,制备获得的磁性液态金属复合质料存在磁性随时间衰退和金属粉末走漏等潜在风险。而若是使用磁性强、惰性且生物相容性好的四氧化三铁(Fe3O4)磁性子料,则会由于其与液态金属间重大的外貌能失配问题而展现出高度的不润湿性,从而无法实现液态金属与磁性子料的高效复合。
近期,哈尔滨工业大学(深圳)质料学院的马星教授和金东东副教授提出了一种通过反映润湿机制将惰性且生物相容的Fe3O4磁性纳米粒子复合到共晶镓铟合金(EGaIn)中的战略。首先,为相识决Fe3O4和EGaIn之间固有的界面不润湿性,引入了银作为中央过渡层与液态金属中的铟发生反映以发生AgxIny金属间化合物(IMCs)。gai反映历程不仅促进了Fe3O4纳米粒子与EGaIn润湿(即反映润湿),还将磁性颗粒锚定在液态金属内部以提高磁驱动时的磁稳固性。随后,作者团队基于gai复合质料系统构建了一种液态金属磁性微型软体机械人,其在外部磁chang的驱动下能够实现种种可控变形和运动行为,且在内窥镜和X射线成像的原位监测下于离体猪胃中展现了靶向递送应用的现实可行性。gai战略在未来不仅可以进一步拓宽液态金属复合质料系统库,也能为用于临床医学的磁性软体机械人提供新的思绪。gai事情近期以“Reactive wetting enabled anchoring of non-wettable iron oxide in liquid metal for miniature soft robot”为题揭晓于Nature Communications。文章第一作者是哈尔滨工业大学(深圳)质料学院硕士研究生沈毅锋,通讯作者是马星教授和金东东副教授。
图1. 使用反映润湿锚定效应制备液态金属磁性微型软体机械人。
图2. 液态金属与改性Fe3O4磁性颗粒的复合效果。
图3. 液态金属磁性软体机械人在磁chang控制下实现an需使用。
图4. X射线成像指导下的液态金属磁性软体机械人在离体猪胃中磁控导航。
总之,gai事情提出了一种消除金属氧化物与液态金属间外貌能不匹配问题的复合质料制备战略,可有用提高两者之间的润湿性,并可通过机械研磨、电化学辅助、酸辅助等多种方式实现EGaIn和Fe3O4纳米颗粒之间的高效复合。制备的AgxIny金属间化合物有助于将磁性颗粒限制在EGaIn的内部中。jie助AgxIny与液态金属强润湿性和不规则形貌,Fe3O4可以在酸性情形下稳固悬浮在液态金属中,而且在施加外部磁力时仍然有用。通过编程外部磁chang的驱动控制,制备的磁性液态金属复合质料体现出多种大幅度的可控变形和运动行为(被动/自动变形、破碎、融合、迁徙等),并进一步证实其能够在体外能够举行靶向货物运输。最后,在内窥镜和X射线成像的监测下,验证了所开发的液态金属磁性软体机械人应用于胃部情形的可行性,为液态金属微型软机械人的临床应用实现提供了有力支持。