Представьте крошечного робота, который свободно плавает внутри человеческого тела, аккуратно собирает образцы тканей или доставляет лекарство точно в нужное место. Учёные из Массачусетского технологического института (MIT), Швейцарской высшей технической школы Лозанны (EPFL) и Университета Цинциннати сделали важный шаг к воплощению этой мечты. Они разработали мягкий магнитный гидрогель, который можно 3D-печатать в сложнейшие микроскопические структуры. Главное отличие от прежних материалов — отдельные части такого робота способны двигаться и деформироваться независимо друг от друга под действием внешнего магнита.
Обычно при печати магнитных микроструктур возникают серьёзные трудности: частицы железа рассеивают лазер и слипаются, разрушая точность. Команда применила остроумный «двойной погружной» метод. Сначала на двухфотонном литографе печатают чистую полимерную структуру, а уже потом опускают её в специальные химические ванны. Внутри геля прямо на месте вырастают наночастицы оксида железа, которые и придают материалу магнитные свойства.
Плотность геля можно регулировать мощностью лазера при печати. Чем плотнее структура — тем меньше она впитывает ионов, а значит, разные части одного и того же микроробота могут обладать разной силой магнетизма. Это даёт невероятную гибкость управления.
Что уже получилось напечатать
Самая эффектная демонстрация — крошечные «леденцы на палочке», каждый меньше песчинки. Когда рядом проводят обычным магнитом от холодильника, «леденцы» мгновенно превращаются в миниатюрные захваты и синхронно смыкаются, словно пальцы. Другая интересная разработка — бистабильный переключатель длиной в миллиметр с крошечными «вёслами» размером с эритроцит. Один взмах магнитом — и механизм щёлкает из положения «вкл» в «выкл» и наоборот. Такой мини-клапан может регулировать поток жидкостей в медицинских устройствах.
«Мы впервые можем создавать мягкие сложные трёхмерные архитектуры, где разные компоненты двигаются и деформируются независимо внутри одной микроструктуры. Для мягкой микророботехники это может стать настоящим прорывом», — отметила автор исследования Карлос Портела (Carlos Portela) из MIT.
Такие магнитоуправляемые «магно-боты» идеально подходят для медицины: они могут путешествовать по кровеносным сосудам, брать биопсию или доставлять препараты без операций. Управление происходит дистанционно и мгновенно — никаких медленных химических реакций или проводов.
