Желатиновый, магнитный, мягкий…

При слове «робот» большинство из нас представляет себе крупные и сложные конструкции. Однако инженеры разрабатывают и совсем маленькие, но полезные устройства. Эти миллироботы, например, будут доставлять лекарства в нужное место желудочно-кишечного тракта или проводить микрохирургические операции.

Ряд таких устройств, обычно управляемых магнитным полем извне, уже создан. Но большинство из них сделаны из не разлагаемых в теле материалов, к примеру из силикона. Кроме этого, миллироботы по большей части негибки, поэтому их адаптивность ограниченна.

Эти проблемы устранили китайские ученые из политехнического университета в Шэньчжене, руководимые доктором Шен Яингом (Yajing Shen). На основе желатина они создали образец миллиробота, который может катиться, удерживать мелкие предметы и преодолевать препятствия.

Инертный к биосредам желатин насытили магнитными микрочастицами оксида железа (магнетита) и поместили в емкость над постоянным магнитом. Поэтому вдоль его силовых линий на желатиновой пленке образовался частокол из магнетитовых конусов. Охлажденную и немного затвердевшую пленку погрузили в раствор сульфата аммония. В результате новые химические связи добавили гидрогелю жесткости.

Меняя концентрацию раствора сульфата, толщину пленки геля и другие параметры, ученые отработали технологию изготовления миллироботов с разными характеристиками, например — разным количеством и длиной ножек.

Если рядом с таким роботом двигать магнит, то он заставит ножки изгибаться. Это позволяет захватить предмет, например маленький цилиндрик или полоску резины, чтобы переместить их на новое место. Магнитным полем удалось заставить робота обнять мелкий предмет, перекатиться с ним внутри объемной модели желудка и оставить предмет в точке назначения. Так, например, можно перемещать твердые лекарственные средства в пищеварительной системе.

Интересно, что миллиробот растворяется в обычной воде за пару суток, оставляя после себя только магнитные микрочастицы. Это значит, что в желудочно-кишечном тракте спустя несколько суток после введения робота не останется никаких его следов. Работа наглядно показала, что магнитный гидрогель представляет собой очевидную альтернативу неразлагающимся полимерам. Авторы работы уверены, что их конструкция будет полезна для доставки лекарств и других биомедицинских применений. (ACS Applied Polymer Materials, 4, 8, 5431, 2022)