Cuando se reducen los robots a la escala de micrómetro para tareas pequeñas como incidir tejido y perforar venas retinianas, el minimalismo es clave. Para hacer microrobots más pequeños y simples, los investigadores de la Universidad de Drexel han desarrollado un método de fabricación que utiliza los requisitos geométricos mínimos para el fluidomovimiento: que consta de solo dos micropartículas unidas recubiertas con fragmentos de desechos magnéticos.
Cuando un microrobot está expuesto a un campo magnético externo, la fuente de energía externa, dada la dificultad de reducir las baterías al tamaño de las bacterias, comienza a girar y moverse de manera similar a los flagelos bacterianos, cortesía del hierrorestos de óxido
"Tales simples micro-nadadores eluden las limitaciones técnicas de las tecnologías de fabricación, que efectivamente permiten un enfoque en la funcionalización de micro-nadadores", dijo MinJun Kim, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica de la Universidad Drexel en Filadelfia. "Además, elel uso de partículas para crear estos micro-nadadores se sinergizará bien con otras tecnologías basadas en micro y nanopartículas, como los sistemas de administración de fármacos en nanopartículas ".
Kim y sus colegas discuten su trabajo esta semana en letras de física aplicada , de AIP Publishing. El trabajo previo para los investigadores había incluido un documento sobre los requisitos geométricos mínimos para fabricar micro-nadadores que operan con números bajos de Reynolds, una relación de fuerzas que determina el grado de turbulencia de fluidos y objetos en condiciones de flujo.
Kim dijo que con un número bajo de Reynolds, las fuerzas de inercia se vuelven insignificantes y las fuerzas viscosas se vuelven dominantes. Esto excluye el movimiento recíproco, como la forma en que un pez usa sus aletas, por lo que los micro-nadadores deben confiar en un movimiento no recíproco similar alde flagelos bacterianos, en los que el movimiento de rotación se convierte en movimiento de traslación.
Los investigadores fabricaron sus micro-nadadores a base de partículas mediante conjugación química y autoensamblaje magnético. Para unir las cuatro cuentas magnéticas de micrómetro de ancho en pares, Kim y sus colegas prepararon dos lotes recubiertos por separado con proteínas de avidina y biotina, que crean uno delos enlaces no covalentes más fuertes encontrados de forma natural. Luego expusieron estos pares unidos a escamas de óxido de hierro de un micrómetro, que se adhirieron magnéticamente a las superficies de la microesfera.
Esto contrasta con muchos métodos de fabricación existentes en los que se fabrican microrobots utilizando métodos especializados de química y litografía, que incluyen moldes y materiales elastoméricos.
Después de la fabricación, los investigadores colocaron muestras de los micro-nadadores dentro de una cámara simple fabricada de PDMS, un polímero orgánico común a base de silicio. La cámara se colocó dentro de un sistema de bobina electromagnética que se montó en un microscopio con controles externos para manipular elfuerza, frecuencia de rotación y dirección del campo magnético. Esto permitió el control sobre el movimiento de natación, la velocidad y la dirección de rumbo de los micro-nadadores.
"Nuestros resultados demostraron un control exitoso sobre la velocidad y dirección de natación de los micro-nadadores", dijo Kim. "La importancia de los resultados es la demostración de que un micro-nadador extremadamente simple puede ser completamente controlable con un bajo número de Reynolds".
El trabajo futuro para el laboratorio de Kim, que recientemente ha sido reubicado en la Southern Methodist University en Dallas, Texas, incluirá el reemplazo de los desechos magnéticos con nanopartículas para una investigación sistemática del tamaño de partícula, probando en última instancia el rango de aplicaciones de los robots.
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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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