探索磁性多层软体机器人,用于按需靶向粘附,治疗胃溃疡

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文献信息

英文标题：A magnetic multi-layer soft robot for on-demand targeted adhesion

中文标题：磁性多层软体机器人，可按需定向粘接

发表期刊：《Nature Communications》

影响因子：16.6

作者单位：上海大学机电工程与自动化学院

香港中文大学(深圳)

作者信息：刘娜副研究员课题组、俞江帆助理教授

研究背景

胃溃疡，传统治疗方法如口服药物，由于药物在胃酸环境中的化学稳定性差和在粘膜中的渗透性不足，治疗效果受限。因此，研究者提出了一种新的治疗方法，即使用磁性多层软体机器人进行靶向药物递送和组织粘附，以提高治疗效果。

研究方法

1. 设计了一种由软磁性基底和粘附膜组成的多层软体机器人。

2. 通过实验和模拟分析了软体层间的磁相互作用，优化了机器人的运动模式和粘附性能，

3. 对粘附膜的机械性能进行了系统表征，如Lap-shear(搭接剪切实验)和T-peel(T型剥离实验)。

4. 利用外部磁场对机器人进行精确操控，包括在胃组织上的导航、覆盖和粘附，以及通过改变磁场方向实现机器人的翻转和层间分离。

5. 在离体猪胃组织和在体内猪胃中进行了多目标粘附实验，验证了机器人的实用性和有效性。

实验结果

机器人成功实现了在胃组织上的两种运动模式，包括平移运动和翻滚运动，且能够在不同垂直距离下进行有效运动。其展示了出色的粘附性能，粘附膜的最大断裂应力和应变分别为23.08 ± 2.77 MPa和21.04 ± 4.44%。在离体和在体内实验中均成功实现了对多个溃疡点的靶向粘附，证明了其在复杂胃环境中的导航和粘附能力。生物相容性测试表明，机器人的材料对人胃黏膜上皮细胞(GES-1)无毒性，细胞存活率与对照组相比没有显著差异。通过超声成像技术，研究者能够在实验过程中实时跟踪机器人的位置和运动状态，为机器人的精确操控提供了重要支持。总结来说，这项研究成功开发了一种磁性多层软体机器人，它能够在胃组织上实现精确的靶向粘附，为胃溃疡的治疗提供了一种新的、潜在的非侵入性方法。

研究结论

该论文验证了机器人在体外和体内环境中的多靶点粘附的实施，展示了其在治疗胃溃疡方面的潜力。综上所述，通过将功能材料集成到软体机器人中，可以提供更多的可能性来拓宽应用范围。