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微观3D印花甜甜圈“微型游泳者”模拟生物行为

时间：2021-08-20 13:52:05 来源：

一对Microotori拾取粒子的模型，左。当施加磁场时，实际MicroTori拾取粒子的图像，右。

细菌和其他游泳的微生物在挑战环境中演变为茁壮成长，研究人员努力模仿他们的生物医学技术的独特能力，但制造挑战创造了制造瓶颈。根据国际研究人员的国际团队，涂有镍和铂金的微观，镀镍，涂有镍和铂金可能弥合生物和合成游泳运动员之间的差距。

这些微型游泳剂模仿生物行为，有一天可能会在芯片上递送靶向药物或搅拌样品 - 一种微型装置，用于在微芯片上模仿完整的实验室。

“这些甜甜圈最终可能会将医疗应用视为活跃材料，”哈克董事长生物医学工程，化学和数学，宾夕法尼亚州州立道国赫克·奥·奥顿教授说。

活性材料是那些像细菌一样移动的材料或人造微型游泳运动员。

“在使用实验室芯片时，难以让事情混合，”材料科学与工程博士候选人，宾夕法尼亚州的博士候选人说。“这些Microotori，因为它们是活跃的材料，并自己移动，可用于帮助微混合。”

研究人员使用纳米光子专业GT机制造这些甜甜圈，允许使用最多200纳米的印刷特征的3,7或14微米甜甜圈的创建。蜘蛛丝直径为3至10微米。纳米键使用精确的激光技术和专门设计的光致抗蚀剂来实现这一点。

“我们创建了两种不同的设计，水平和垂直，”贝克说。“水平的TORI在支撑玻璃载玻片上打印平板，并含有镍，然后用铂金玻璃上釉。垂直TORI是3D印刷直立，然后浸入镍和铂金中。“

卧式甜甜圈是完美的圆形，看起来像冰冻甜甜圈，糖衣厚度大于两侧。垂直版本有一个平坦的末端，使它们站在浸渍，只有半途而废。

镍有助于两个目的。铂金不会粘上塑料微甜甜圈，但镍酸盐和铂会粘上镍。此外，镍是磁性的，因此研究人员可以用磁场操纵甜甜圈。

“镍和铂层的格子很好地匹配，”贝克说。

研究人员希望甜甜圈表现得像生物体 - 在水中游泳并响应信号。生物需要食物或燃料动作。对于实验，研究人员将Microotori放入过氧化氢溶液中，这是燃料。铂铂分解过氧化氢和供电甜甜圈的推进。

“原本地，据认为是水平的圆环只会突出基板并悬停，但这不会发生，”aronson说。“而不是直接上升，他们开始提示，达到15度角，然后像喷气式滑雪者一样游泳。”

虽然水平的微电机以直线移动，但是aronson指出垂直圆环不会在磁场的方向上移动，而是随着磁场增加，圆环形成较大且大的扁平环，直到移动变为直线。

研究人员今天（10月30日）在自然界通信中报告，“Tori也被操纵和运送其他人工游泳者，双金属纳米棒以及被动胶体颗粒。”双金属棒类似于细菌，这是操纵细胞和细菌等生物物质的第一步。

在输送颗粒或活性材料时，微甜甜圈的两种模式表现不同。卧式，像甜甜圈一样冰，积极运输双金属纳米棒。

研究人员发现了许多新行为对于这些3D印刷的化学动力的微型游泳运动员。它们的实验和建模方法都适用于由过氧化氢的替代方法供电的其他微型游泳者。对于生物系统，微型游泳剂可能使用生物兼容的推进系统，如酶或光。

研究人员注意到，“这些生物相容性，3D印刷的微型游泳者将能够界面和操纵生物主动性，导致智能细胞运输和治疗的发展。”

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Ayusman Sen，Verne M. Willaman of Chemistry教授和宾夕法尼亚州立大学的化学教授，也正在研究该项目。伯马斯黑山 - 约翰逊，伯明翰大学数学高级讲师，U.K。安东尼D. Sediako，研究生和Murray J. Thomson，在多伦多大学机械和工业工程系中的教授;剑桥大学的应用数学教授，U.K.，剑桥，埃里克Lauga是团队的一部分。

国家科学基金会材料研究科学与工程中心; NSF设计材料彻底改变和工程师的未来计划; U.K的工程与物理科学研究委员会;欧洲研究理事会;和加拿大的自然科学和工程研究委员会支持这项工作。

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