香港大学工程合作研发全水相机器人
近日，香港大学（港大）与美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员研发出全新的全水相微型机器人，这次科技革新，成功突破目前研发软体机器人所面对的技术瓶颈。
近年，软体机器人的研发不断获得突破性进展。细小至纳米规模的软体机器人，若能指定导航和游走于人体内进行各种的生物功能，其潜在的应用功能强大，包括手术、替代人体组织器官，以及直达病处舒缓痛楚等。
目前，绝大部分软体机器人由硅胶或橡胶等有弹性的软固体材料制造而成，要增加软体机器人的内在功能，往往需要引进庞大组件，加工步骤也复杂繁多。软体机器人的变形幅度，一直是研究的一个主要局限，其变形能力难以对应其自然生物系统。
研究团队由港大机械工程系岑浩璋教授及劳伦斯伯克利国家实验室的Thomas P Russell 教授率领，研发出主要由水构成的革新型超软液态机器人「Aquabots」，配以运用结合全液体三维打印技术和双水相界面自组装技术，能灵活打印出微米级类血管结构的全水相机械人。这项研究已在《ACS NANO》发表，全水相机械人的多区室结构成为期刊当期的其中封面图片。
岑教授和Russell教授指出：“我们的构想是通过材料组装在界面上来锁住液体的形状。液体的形状可以通过外力任意塑造，或以全液体三维打印，在空间上排布组装体。”
全水相分离可产生超出打印输出分辨率的微米级多分区的类生物结构。多分区结构的隔膜表面，可结合酶、具催化作用或磁性的纳米微粒等，是机器人功能化，以及在药物应用于人体内的关键要素。团队在研究中，成功展示了葡萄糖氧化酶功能化的全水相机器人可实现级联反应。
“机器人全体内外均由水构成，较易于功能化实现生物兼容性，有望应用于生物体内。” Russell教授续指出：“全水相机器人为复制仿生材料结构和特征开创全新可能性，比如动态渗透性和区室化。”
全水相机器人具超软特性，故可穿越狭窄弯曲的幽闭空间。岑教授和Russell教授指出：“目前软体机器人主要由软体材料，譬如聚（二甲基硅氧烷）构成，它们在一定程度上仍然无法被压缩。要实现对软体机器人进行特定化学功能化，以利于获取和递送材料，目前在技术上仍难以做到，而全水相机器人可克服上述的条件限制。”
展望未来，研究团队深信全水相机器人能引领生物医学落地应用，包括人体标靶药物递输及组织工程。
“我们正尝试将水凝胶自组织到全水相机器人以实现完全可逆的形状变化。” 岑教授和Russell教授补充道：“除了发表论文展示有关机械操作和化学反应的概念验证，我们接下来更具深远意义的研究工作，是寻找全水相机器人体系中可具体实践的额外功能与重要特征。譬如，我们正采用水溶性导电高分子，组装以电子导电的全水相机器人，其技术可结合应用于其他微流控和机器加工方式，例如构建生物电子电路和逻辑离子筛选管道，开辟广阔前景。”
文字来源：香港大学工程学院
图片授权来源︰Zhu, Shipei et al. (2022). ”Aquabots” ACS nano, vol. 16, no. 9, 2022, pp.13761-70.]。版权属于American Chemical Society (2022)
