Een magnetische microrobot trekt vloeistofdruppeltjes samen en veroorzaakt een chemische reactie. Credit: Sun et al.
Chemie roept vaak beelden op van het mengen van vloeistoffen samen in bekers, kolven of testbuizen. Maar vaak gebeurt chemie op een veel kleinere schaal. In veel medische en industriële contexten omvat het mengen van vloeistoffen breuken van een milliliter, en voor deze toepassingen is soms het beste hulpmiddel een microscopische robot.
In Nanotechnologie en precisie -engineeringonderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen en het China Electric Power Research Institute ontwikkelden een microrobot die in staat is om kleine druppeltjes te manipuleren in aanwezigheid van magnetische velden.
Om hun robot te maken, mengden de onderzoekers neodymium magnetische deeltjes en suiker met een chemisch stabiel polymeer. De suiker werd vervolgens opgelost, waardoor gaten door het polymeer achterbleven voor een verhoogd oppervlak. Ten slotte behandelde het team het polymeer met plasma om het water en vele andere vloeistoffen aan te trekken.
“We wilden een schoner, sneller systeem creëren dat residu vermijdt, wat vooral relevant is voor gevoelige taken zoals medische diagnostiek of het hanteren van reactieve chemicaliën,” zei auteur Lin Gui. “Zorgen voor chemische stabiliteit en hoge prestaties was een belangrijke prioriteit.”
Het opnemen van de magnetische deeltjes kon het team hun robot regelen door magnetische velden toe te passen. Het gebruik van krachtige neodymiumdeeltjes maakten de robot responsiever en effectiever in vergelijking met bestaande magnetische microrobots.
“Eerdere magnetische methoden worstelden met zwakke drijvende krachten, waardoor de druppelgrootte en de snelheid beperken,” zei Gui. “Magnetische additieven ook vaak gecorrodeerde of vervuilde monsters. Het ontwerpen van een robot die sterk magnetisme, chemische weerstand en snelle beweging combineert, vereist innovatieve materialen en engineering.”
In tests hebben de onderzoekers aangetoond dat ze magnetische velden konden gebruiken om hun microrobot in een vloeibare druppel te leiden. Ze konden vervolgens hun robot gebruiken om die druppel rond te slepen vanwege de aantrekkelijke coating die tijdens de plasmabehandeling werd toegepast.
Bij lage snelheden kunnen ze twee of meer druppels samenbrengen voor een chemische reactie, en bij hoge snelheden konden ze een druppel in kleinere stukken splitsen.
Dankzij de krachtige magneten van de robot bereikten de onderzoekers 20 keer sneller snelheden dan eerdere microrobots, en ze konden druppeltjes bijna een milliliter groot transporteren. Hun robot zou ook kunnen interageren met zeer corrosieve verbindingen, zoals zuren, zonder enige vorm van schade.
Het team stelt voor dat hun robot in laboratoriumomgevingen wordt gebruikt om bepaalde chemische processen te automatiseren, of in medische instellingen voor minimaal invasieve operaties. Ze zijn van plan deze technologie te blijven ontwikkelen om de mogelijkheden ervan verder te vergroten.
“We streven ernaar om het te miniatureren voor het hanteren van nanoliterdruppeltjes en integratie te verkennen met sensoren voor taken zoals gerichte medicijnafgifte of vervuilingsopruiming,” zei GUI.
Meer informatie:
Hydrofiele hard-magnetische zachte robots: een nieuwe benadering voor precieze druppelmanipulatie, Nanotechnologie en precisie -engineering (2025). Doi: 10.1063/5.0251223
Verstrekt door American Institute of Physics
