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2024-01-16 17:33:15
ソフトロボットや医療用カプセルを動かすのに十分な強度と、MRI画像を破壊しないほどの強度
ペーナ・フランチェシュ氏は、磁気特性を与えた後のソフトゲルカプセルを保持します。 マテリアル内のテンポ分子が活性化されると、マテリアルはオレンジ色に変わります。 画像クレジット: ミシガン州エンジニアリングのブレンダ・アハーン。
勉強： 有機軟磁石のための高分子ラジカルネットワーク (DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.015)
ミシガン大学とシュトゥットガルトのマックス・プランク・インテリジェント・システム研究所の研究者らが開発した金属を含まない磁性ゲルのおかげで、「ソフト・ロボット」、医療機器やインプラント、次世代の薬物送達方法が間もなく磁気で誘導される可能性がある。 、ドイツ。
この材料は、炭素ベースの磁性分子がゲルの分子ネットワークに化学的に結合した初めての材料であり、ソフトロボット工学用の柔軟で長寿命の磁石を作り出します。 この資料について説明した研究は、本日マター誌に掲載されました。
柔軟な素材からロボットを作成すると、 ゆがむ ユニークな方法で、 繊細な物を扱う 他のロボットができない場所を探索できます。 より剛性の高いロボットは、 深海の圧力 または敏感な組織を損傷する可能性があります 人体、 例えば。
Abdon Pena-Francesch は、ミシガン大学の材料科学および工学の助教授であり、BioInspired Materials Lab の所長です。 彼は、軟体生物の生物学からインスピレーションを得て、医療、生物工学、環境科学におけるロボット応用のための高度でプログラム可能な軟質材料を開発しています。 画像クレジット: ミシガン州エンジニアリングのブレンダ・アハーン。
「ロボットを柔らかくする場合は、ロボットに力を与えて、仕事ができるように動かすための新しい方法を考え出す必要があります。」と彼は言いました。 アブドン・ペーナ＝フランチェシュ、ミシガン大学ロボット研究所に所属する材料科学および工学の助教授であり、この研究の責任著者。
現在のプロトタイプは通常、油圧や機械ワイヤーを使って移動するため、ロボットを電源やコントローラーに接続する必要があり、移動できる場所も限られています。 磁石によってこれらのロボットが解き放たれ、磁場によって移動できるようになる可能性がある。
ただし、従来の金属磁石には独自の複雑さが伴います。 ソフト ロボットの柔軟性が低下し、柔軟性が低下する可能性があります。 有毒 一部の医療用途向け。
新しいゲルは医療手術用の無毒な代替品になる可能性があり、磁石の化学構造をさらに変更すれば環境や人体での分解を助ける可能性がある。 このような生分解性磁石は、体の標的部位に誘導されて薬剤を放出するカプセルに使用できる可能性がある。
「これらの物質が体内で安全に分解できるのであれば、後で別の手術でそれらを回収する必要はありません」とペーナ・フランチェシュ氏は言う。 「これはまだかなり研究段階ですが、これらの材料により、いつかより新しく、より安価な医療手術が可能になる可能性があります。」
チームのゲルは炭素ベースの分子のみで構成されています。 重要な成分は TEMPO です。TEMPO は、原子結合内で別の電子と対になっていない「自由」電子を持つ分子です。 ゲル内のすべての不対 TEMPO 電子のスピンは磁場の下で整列し、ゲルを他の磁性材料に引き付けます。
ペーナ・フランチェシュは、材料に磁気特性を与える化学薬品で処理される前に、ソフトゲルを保持します。 無色の前駆体は、いつか薬を投与するために摂取できるカプセルなど、さまざまな形状に成形できます。 画像クレジット: ミシガン州エンジニアリングのブレンダ・アハーン。
ゲル内の追加の「架橋分子」は、TEMPO 電子の周囲に保護ケージを形成しながら、TEMPO 分子を固体ネットワーク構造に接続するフレームのように機能します。 このケージは、不対電子が結合を形成するのを防ぎ、ゲルの磁気特性を除去します。
「以前の研究では、これらの小さな磁性分子をゲルに浸していましたが、ゲルから漏れ出す可能性がありました」と材料科学と工学の博士課程の学生で、この研究の共著者であるゼーン・チャン氏は述べた。 「磁性分子を架橋ゲルネットワークに組み込むことで、内部に固定されます。」
TEMPO 分子を材料内に閉じ込めることで、ゲルから潜在的に有害な TEMPO 分子が体内に漏れることがなく、材料の磁気特性を 1 年以上維持することができます。
材料科学と工学の博士課程の学生であるアブドン・ペーナ・フランチェシュとゼイン・チャンは、磁場がどのようにソフトロボットを動かすことができるかを実証します。 実験台上の電気ボックスは、電力が供給されると磁場を生成する電磁コイルに接続されています。 磁場の強さを調整すると、黒いソフトグリッパーのアームがさまざまな程度に曲がります。磁場が強いほど曲がりが大きくなります。 画像クレジット: ミシガン州エンジニアリングのブレンダ・アハーン。
TEMPO の磁石は金属磁石より弱いですが、別の磁石で引っ張ったり曲げたりするのに十分な強度があります。 磁力が弱いことにはいくつかの利点もあります。TEMPO 磁石は、MRI で撮影できる強力な磁石とは異なり、MRI で撮影できます。 MRI画像を歪ませる 役に立たないところまで。
「当社の磁石を使用した医療機器は、薬物を標的部位に送達し、MRI イメージング下で消化管内の組織接着と力学を測定するために使用できる可能性があります」と、マックス プランク インテリジェント システム研究所の物理インテリジェンス部門の元ディレクターであり、研究の責任著者。
この研究は、米国化学会石油研究基金、マックス・プランク協会、および欧州研究評議会先進助成ソフトボディミニチュア移動ロボットプログラムによって資金提供されている。 この材料は BioInspired Materials Laboratory で構築され、以下の点で特徴付けられています。 ミシガン材料特性評価センター。
ペナ=フランチェシュは、化学工学および高分子科学および工学の助教授でもあります。
#ロボットに動力を供給し医療用インプラントをガイドする金属を含まないフニャフニャの磁石