东南大学李全团队 PNAS：微管胶体机器人

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近日，东南大学智能材料研究院、化学化工学院李全院士团队在微型胶体机器的组装和操控方面取得重要突破。相关成果以“Colloidal tubular microrobots for cargo transport and compression”为题，在线发表在国际顶级期刊PNAS上。东南大学博士生王小雨为第一作者，李全院士和杨涛副教授为共同通讯作者。

微纳机器人是指能在微纳尺度下实现可控驱动和感知，最终实现体内药物递送和疾病治疗的复杂体系。受自然界蜂群鱼群等启发，微型机器人集群凭借其协同推进，递送和信号传输模式而受到越来越多的关注。外场响应性胶体作为新型的微型机器人体系，其动态组装可作为机器人集群的有效手段。然而目前已有的胶体机器人组装结构仅限于密集的胶粒团聚体，大大限制了其功能性。如何构建复杂的胶体组装结构功能体系，建立相应的构效关系是一个严峻的挑战。

李全院士团队提出了一种介稳态的胶体结构组装方法，通过组装路径设计，首次实现了由超顺磁性胶体微球组装成复杂的三维空心管状结构。该方法适用范围广，能实现从200纳米到30微米超顺磁性胶粒在包括血液在内的非牛顿流体内的多次反复组装。

图1.胶体薄膜在磁场作用下卷曲成微管结构的组装过程，实验（A）和模拟（B）。

组装的微管机器人可以通过外部磁场精确控制三维趋向，推进方向和速度，使其按照既定路线前进。微管内部的中空空间为管状微型机器人载物提供了前提条件，结合外部磁场的运动控制，微管能够根据指令定向抓取、运输和释放货物。此外，两个微管机器人能沿轴向合并，重组成新的机器人。

图2.外部磁场控制微管机器人的运动方向（A）,货物抓取运输（B）及轴向组装（C）。

相比于其他组装结构，微管机器人的介稳结构可以维持其径向反复压缩。压缩程度随外部磁场强度改变，极限情况下几乎被压缩成两个平行层。因此微管可用作微镊子对捕获的红细胞等柔性货物进行挤压，实现对目标物体的原位探测。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304685120

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