Nam châm mềm, không chứa kim loại để cung cấp năng lượng cho robot và dẫn hướng các thiết bị cấy ghép y tế (có video)

Nam châm mềm, không chứa kim loại để cung cấp năng lượng cho robot và dẫn hướng các thiết bị cấy ghép y tế (có video)

Dấu thời gian: 16:2024 chiều ngày 1 tháng 39 năm XNUMX
Nút nguồn: 3064197
Ngày 16 tháng 2024 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) “Robot mềm”, thiết bị y tế và thiết bị cấy ghép cũng như các phương pháp phân phối thuốc thế hệ tiếp theo có thể sớm được dẫn hướng bằng từ tính—nhờ một loại gel từ tính không chứa kim loại được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan và Viện Hệ thống Thông minh Max Planck ở Stuttgart, Đức. Vật liệu này là vật liệu đầu tiên trong đó các phân tử từ tính gốc carbon được liên kết hóa học với mạng lưới phân tử của gel, tạo ra một nam châm linh hoạt, có tuổi thọ cao cho robot mềm. Nghiên cứu mô tả tài liệu đã được công bố ngày hôm nay trên tạp chí chất (“Mạng cấp tiến đại phân tử cho nam châm mềm hữu cơ”). Tạo robot từ vật liệu linh hoạt cho phép chúng vặn vẹo theo những cách độc đáo, xử lý các đồ vật dễ vỡ và khám phá những địa điểm mà các robot khác không thể làm được. Những robot cứng nhắc hơn sẽ bị nghiền nát bởi áp lực đại dương sâu hoặc có thể làm hỏng các mô nhạy cảm trong cơ thể con người, Ví dụ. Abdon Pena-Francesch, trợ lý giáo sư về khoa học và kỹ thuật vật liệu liên kết với Viện Robotics tại cho biết: “Nếu bạn làm cho robot trở nên mềm mại, bạn cần phải tìm ra những cách mới để cung cấp năng lượng cho chúng và khiến chúng di chuyển để có thể hoạt động”. Đại học Michigan và là tác giả tương ứng của nghiên cứu. bàn tay đeo găng cầm một viên nang gel mềm Pena-Francesch cầm viên nang gel mềm sau khi nó được cung cấp đặc tính từ tính. Khi các phân tử nhịp độ trong vật liệu được kích hoạt, vật liệu sẽ chuyển sang màu cam. (Hình ảnh: Brenda Ahearn, Michigan Engineering) Các nguyên mẫu ngày nay thường di chuyển bằng dây thủy lực hoặc cơ khí, yêu cầu robot phải được buộc vào nguồn điện hoặc bộ điều khiển, đồng thời hạn chế nơi chúng có thể đi. Nam châm có thể giải phóng những robot này, cho phép chúng di chuyển bằng từ trường. Tuy nhiên, nam châm kim loại thông thường có những biến chứng riêng. Chúng có thể làm giảm tính linh hoạt của robot mềm và quá độc hại đối với một số ứng dụng y tế. Loại gel mới có thể là một chất thay thế không độc hại cho các hoạt động y tế và những sửa đổi sâu hơn về cấu trúc hóa học của nam châm có thể giúp nó phân hủy trong môi trường và cơ thể con người. Những nam châm phân hủy sinh học như vậy có thể được sử dụng trong các viên nang được dẫn đến các vị trí mục tiêu trên cơ thể để giải phóng thuốc. Pena-Francesch cho biết: “Nếu những vật liệu này có thể phân hủy một cách an toàn trong cơ thể bạn, bạn không cần phải lấy lại chúng bằng một cuộc phẫu thuật khác sau này”. “Điều này vẫn còn mang tính khám phá, nhưng một ngày nào đó những vật liệu này có thể cho phép thực hiện các hoạt động y tế mới hơn, rẻ hơn”.

[Nhúng nội dung]

Gel của nhóm chỉ bao gồm các phân tử dựa trên carbon. Thành phần chính là TEMPO, một phân tử có electron “tự do” không ghép cặp với một electron khác bên trong liên kết nguyên tử. Spin của mỗi electron TEMPO chưa ghép cặp trong gel sắp xếp theo một từ trường, từ trường này hút gel đến các vật liệu từ tính khác. Các “phân tử liên kết ngang” bổ sung trong gel hoạt động giống như một khung kết nối các phân tử TEMPO với cấu trúc mạng vững chắc đồng thời tạo thành một lồng bảo vệ xung quanh các electron TEMPO. Cái lồng đó ngăn chặn các electron chưa ghép cặp hình thành liên kết, điều này sẽ làm mất đi đặc tính từ tính của gel. Zane Zhang, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về khoa học và kỹ thuật vật liệu và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Các nghiên cứu trước đây đã ngâm những phân tử từ tính nhỏ này vào một loại gel, nhưng chúng có thể rò rỉ ra khỏi gel”. “Bằng cách tích hợp các phân tử từ tính vào mạng gel liên kết ngang, chúng sẽ được cố định bên trong.” Khóa các phân tử TEMPO bên trong vật liệu đảm bảo rằng gel không rò rỉ các phân tử TEMPO có khả năng gây hại vào cơ thể và cho phép vật liệu giữ được đặc tính từ tính trong hơn một năm. Mặc dù yếu hơn nam châm kim loại nhưng nam châm TEMPO đủ mạnh để có thể kéo và uốn cong bằng một nam châm khác. Từ tính yếu hơn của chúng cũng có một số ưu điểm—nam châm TEMPO có thể được chụp ảnh bằng MRI, không giống như nam châm mạnh hơn có thể làm biến dạng hình ảnh MRI đến mức vô dụng. Metin Sitti, cựu giám đốc Khoa Trí tuệ Vật lý tại Viện Hệ thống Thông minh Max Planck và một nhà nghiên cứu cho biết: “Các thiết bị y tế sử dụng nam châm của chúng tôi có thể được sử dụng để đưa thuốc đến các vị trí mục tiêu và đo độ bám dính của mô cũng như cơ học trong đường tiêu hóa dưới hình ảnh MRI”. tác giả tương ứng của nghiên cứu.

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano