2024年伊始，，，，，，，优德官网微纳机械人中心主任俞江帆教授团队和上海大学刘娜副研究员团队在顶级综合期刊Nature Communications上揭晓题为“A magnetic multi-layer soft robot for on-demand targeted adhesion”的文章。。。。。。。。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44995-9

期刊先容

Nature Communications是Nature子刊，，，，，，，是一本致力于揭晓高质量、立异性自然科学研究的多学科杂志，，，，，，，涉及领域包括物理、化学、生物学、医学、地球科学等。。。。。。。。该期刊最新影响因子为16.6，，，，，，，JCR分区Q1。。。。。。。。

研究配景

磁性软体机械人由于其标准优势和柔顺性，，，，，，，可以作为医疗机械人以无创的方法在外部磁场的驱动下进入人体器官或组织执行手术或者递送药物。。。。。。。。现在，，，，，，，研究职员已经开发出可以实现多模态多情形运动的磁性软体机械人，，，，，，，同时，，，，，，，与功效质料的团结使其在生物医学应用中显示出重大的潜力。。。。。。。。不难发明，，，，，，，具有多层结构的磁性软机械人可以提高药物的装载能力和功效重大性。。。。。。。。然而，，，，，，，层与层之间的相互作用尚未获得充分研究，，，，，，，因此，，，，，，，具有按需运动模式的磁性多层软体机械人的实现仍然具有挑战性。。。。。。。。此类机械人可以应用于胃肠道的多靶点药物递送，，，，，，，可以进一步扩展软体机械人的应用场景。。。。。。。。

研究要领

作者通过设计质料界面和层与层之间的磁相互作用制备了一种磁性多层软体机械人（图1）。。。。。。。。该机械人具有以下特点：

• 机械人由三层结构组成，，，，，，，每层结构包括一个软磁性基底和一个粘附膜。。。。。。。。其中，，，，，，，软磁性基底其磁化偏向与其外貌笔直，，，，，，，因此，，，，，，，在磁吸引的作用下层结构自组装成磁性多层软体机械人（图1a）。。。。。。。。
• 作为软体机械人，，，，，，，其能够被容易的卷曲置入可食用胶囊内（图1c）
• 基于粘附-脱离机制能够实现机械人与层结构的按需脱离（图1b），，，，，，，因此，，，，，，，为了便于区分，，，，，，，将差别阶段的机械性命名为Type I，，，，，，，II，，，，，，，III robot（图1e）。。。。。。。。

因此，，，，，，，该机械人可以实现胃部多靶点的按需贴附（图1d）。。。。。。。。

图1. 磁性多层软体机械人多靶点贴附的看法展示

每层结构中包括的粘附膜由Carbopol，，，，，，，Poloxamer和HPMC组成，，，，，，，通过氢键实现与组织之间的粘附（图2），，，，，，，作者关于粘附膜的粘附强度举行了详细的表征（图3）。。。。。。。。在模拟人工胃液的情形中，，，，，，，举行了往复动态拉伸式样。。。。。。。。数据批注在0.5 Hz（胃部蠕动频率0.05 Hz）的拉伸频率下，，，，，，，粘附膜在组织上能够滞留25h以上的时间，，，，，，，为镌汰创面侵蚀和靶点释药提供了实验基础。。。。。。。。

图2. 粘附膜粘附机制图

图3. 粘附强度表征图

通过改变磁场的偏向，，，，，，，在磁力矩的作用下，，，，，，，层结构会向磁场偏向爆发翻转（图4）。。。。。。。。作者对层结构之间的脱离历程举行了仿真剖析。。。。。。。。仿真效果批注，，，，，，，当磁场强度大于50 mT时，，，，，，，磁性机械人能够在磁力矩的作用下实现与粘附层结构的脱离。。。。。。。。高速相机下的实验效果也证实晰粘附-脱离机制的可行性（图5，，，，，，，图6）。。。。。。。。

图4. 层与层之间按需疏散仿真图

图5. Type I robot脱离

图6. Type II robot脱离

作者在离体猪胃组织上验证了磁性多层软体机械人举行多靶点按需粘附的有用性（图7）。。。。。。。。在超声成像的指导下，，，，，，，完成了离体猪胃器官的多靶点贴附（图8，，，，，，，图9）。。。。。。。。凭证最终胃部剖开滞留图视察，，，，，，，纵然在大褶皱和凹陷的三维非结构液体情形下，，，，，，，机械人依旧能够实现多靶点的按需贴附使命。。。。。。。。为进一步验证机械人使用的可行性，，，，，，，作者在活体猪胃内部举行了多靶点贴附实验（图10）。。。。。。。。实验效果批注纵然在充满褶皱、外貌保存粘液且保存蠕动情形的胃部，，，，，，，磁性多层软体机械人也能够很好的实现多靶点的贴附使命。。。。。。。。

图7. 磁性多层软体机械人在离体猪胃组织上的多次粘附

图8. 超声指导下磁性多层软体机械人在离体器官内的运动，，，，，，，贴赞许疏散

图9. 超声指导下磁性多层软体机械人在离体器官内的多靶点贴附

图10. 超声指导下磁性多层软体机械人在活体器官内的多靶点贴附

研究结论

本文开发了一种具有差别层结构的磁性软体机械人，，，，，，，基于粘附-脱离战略实现对差别病灶的按需粘附。。。。。。。。通过设计质料界面和定制层间磁相互作用，，，，，，，该机械人实现了磁吸力下的自组装、磁场梯度力作用下的组织按需粘附以及磁力矩作用下的机械人按需脱离。。。。。。。；；；；；；；诎葱枵掣-疏散战略，，，，，，，作者在离体猪胃组织、猪胃器官以及活体猪胃中实现了多靶点按需粘附，，，，，，，展示了该机械人在治疗多发性胃溃疡、胃穿孔的潜力。。。。。。。。

作者简介

论文通讯作者俞江帆教授是香港中文大学（深圳）理工学院助理教授、医学院客座助理教授、校长青年学者、优德官网（优德官网）微纳机械人中心主任。。。。。。。。他是国家高条理青年人才，，，，，，，主持国家重点研发妄想青年项目、国自然青年基金、广东省面上项目、深圳市博士启动妄想等多项人才及科研项目。。。。。。。。他担当国家重点研发妄想“智能机械人”专项会评评审、深圳市多项项目评审，，，，，，，担当中国微纳手艺学会微纳米机械人分会、微纳执行器分会理事。。。。。。。。

研究主要集中在微纳米机械人和医疗机械人领域，，，，，，，包括其质料设计、结构设计、优化控制、及生物医学应用。。。。。。。。俞教授至今揭晓了60余篇顶级期刊及聚会文章，，，，，，，2本专著、1本编著及多个书目章节。。。。。。。。揭晓文章包括Science Advances、Nature Communications、IJRR、T-Ro、T-Mech、和ACS Nano等，，，，，，，数篇期刊论文被ESI收录为高引用论文，，，，，，，并被Science、Nature、CNN等国际机构报导。。。。。。。。他获得了多个有影响力的奖项，，，，，，，包括IEEE 3M-NANO Rising Star Award、IEEE RCAR Best Paper Award Finalist、吴文俊人工智能科技奖自然科学奖二等奖、百度全球华人AI青年学者、福布斯30 under 30、Nature Communications物理学50强文章、T-Mech最佳论文奖入围、香港青年科学家入围奖等。。。。。。。。他担当IEEE RA-L及多个国际聚会的编委，，，，，，，以及包括Science Robotics, Science Advances, TRO, TMECH在内的多个顶级期刊和聚会的审稿人。。。。。。。。

俞教授向导的智能微型机械人实验室，，，，，，，由香港中文大学（深圳）与优德官网（优德官网）共建。。。。。。。。是一个多学科高度融会的平台，，，，，，，需要综合质料科学、机械人学、控制科学、生物医疗等基础科学，，，，，，，在充分允许科研自由性、意见意义性的同时，，，，，，，逐步致力于解决和人类生涯、康健息息相关的问题。。。。。。。。实验室终年开放各个岗位的招聘，，，，，，，详见www.imlyu.com.

论文配合通讯作者刘娜，，，，，，，上海大学机电工程与自动化学院副研究员，，，，，，，上海大学微纳操作手艺研究中心副主任；；；；；；；2015年博士结业于中国科学院沈阳自动化研究所，，，，，，，后在香港都会大学作为博士后开展研究事情，，，，，，，于2016年加入上海大学。。。。。。。。主要研究兴趣为面向生物医学应用的多标准机械人手艺研究，，，，，，，包括微纳米标准下基于光场/磁场/流场驱动的多物理场基础理论及优化控制、磁控微型软体机械人的结构设计及操控等；；；；；；；揭晓SCI论文50余篇，，，，，，，包括Nature Communications、Advance Science、Lab chip、IEEE Transactions Automation Science and Engineering等，，，，，，，申请/授权发明专利20余项,效果转化6项；；；；；；；主持了国家自然科学基金面上、青年，，，，，，，上海市科委等国家/省部级级等项目，，，，，，，获上海市手艺发明奖一等奖，，，，，，，上海市扬帆英才等奖励。。。。。。。。

论文第一作者陈子衡，，，，，，，本科结业于山东理工大学，，，，，，，硕士结业于上海大学，，，，，，，上海大学刘娜教授团队博士生。。。。。。。。2022年起，，，，，，，作为会见学生在香港中文大学（深圳）俞江帆教授团队举行全职研究。。。。。。。。主要研究偏向为磁性软体机械人的结构设计，，，，，，，运动剖析以及团结功效质料的磁性软体机械人的生物医疗应用。。。。。。。。

论文配合第一作者王一斌，，，，，，，本科结业于哈尔滨工业大学（威海），，，，，，，硕士结业于卡内基梅隆大学，，，，，，，现在在香港中文大学（深圳）俞江帆教授团队攻读博士学位。。。。。。。。主要研究偏向为小标准磁性软体机械人的结构设计、事情机理、驱动模式以及基于磁性软体机械人的生物医疗应用。。。。。。。。

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