Tin tức

Làm thế nào để sản xuất hàng loạt robot có kích th��ớc tế bào

(08/01/2019)


Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một cách để sản xuất hàng loạt robot nhỏ, kích thước tế bào có thể được sử dụng để theo dõi công nghiệp hoặc y sinh.

 

Robot nhỏ không lớn hơn một tế bào có thể được sản xuất hàng loạt bằng phương pháp mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại MIT. Các thiết bị hiển vi, mà nhóm nghiên cứu gọi là "syncell" (viết tắt của tế bào tổng hợp), cuối cùng có thể được sử dụng để theo dõi các điều kiện bên trong đường ống dẫn dầu hoặc khí hoặc để tìm ra bệnh trong khi trôi qua dòng máu.

 

 

Chìa khóa để tạo ra các thiết bị nhỏ như vậy với số lượng lớn nằm ở phương pháp mà nhóm phát triển để kiểm soát quá trình bẻ gãy tự nhiên của các vật liệu mỏng, dễ vỡ nguyên tử, điều khiển các đường gãy để chúng tạo ra các túi rất nhỏ có kích thước và hình dạng có thể dự đoán được. Được nhúng bên trong các túi này là các mạch điện tử và vật liệu có thể thu thập, ghi lại và xuất dữ liệu.

 

Quá trình mới lạ, được gọi là "tự động hóa", được mô tả trong một bài báo xuất bản ngày hôm nay trên tạp chí Nature Vật liệu , bởi Giáo sư MIT Michael Strano, postdoc Pingwei Liu, nghiên cứu sinh Albert Liu, và tám người khác tại MIT.

 

Hệ thống sử dụng một dạng carbon hai chiều gọi là graphene, tạo thành cấu trúc bên ngoài của các syncell nhỏ. Một lớp vật liệu được đặt trên một bề mặt, sau đó là những chấm nhỏ của vật liệu polymer, chứa các thiết bị điện tử cho các thiết bị, được gửi bởi một phiên bản phòng thí nghiệm tinh vi của máy in phun. Sau đó, một lớp graphene thứ hai được đặt lên trên.

 

Kiểm soát gãy xương

Mọi người nghĩ về graphene, một vật liệu siêu mỏng nhưng cực kỳ mạnh, là "mềm", nhưng nó thực sự dễ vỡ, Strano giải thích. Nhưng thay vì coi sự giòn giã đó là một vấn đề, nhóm nghiên cứu đã tìm ra rằng nó có thể được sử dụng để tạo lợi thế cho họ.

 

"Chúng tôi phát hiện ra rằng bạn có thể sử dụng độ giòn", Strano, giáo sư kỹ thuật hóa học Carbon P. Dubbs tại MIT nói. "Đó là phản trực giác. Trước khi làm việc này, nếu bạn nói với tôi rằng bạn có thể phá vỡ một vật liệu để kiểm soát hình dạng của nó ở cấp độ nano, tôi sẽ không thể tin được."

 

Nhưng hệ thống mới làm được điều đó. Nó kiểm soát quá trình bẻ gãy để thay vì tạo ra các mảnh vật liệu ngẫu nhiên, giống như phần còn lại của cửa sổ bị vỡ, nó tạo ra các mảnh có hình dạng và kích thước đồng đều. "Những gì chúng tôi phát hiện ra là bạn có thể áp đặt một trường biến dạng để làm cho vết gãy được hướng dẫn và bạn có thể sử dụng nó để chế tạo có kiểm soát", Strano nói.

 

Khi lớp graphene trên cùng được đặt trên mảng các chấm polymer, tạo thành các hình trụ tròn, những nơi mà graphene phủ lên các cạnh tròn của các cột tạo thành các đường có độ căng cao trong vật liệu. Như Albert Liu mô tả, "hãy tưởng tượng một chiếc khăn trải bàn rơi từ từ xuống bề mặt của một chiếc bàn tròn. Người ta có thể dễ dàng hình dung ra sự căng thẳng đang phát triển về phía các cạnh của bàn, và nó rất giống với những gì xảy ra khi một tấm graphene phẳng gập lại xung quanh những trụ polymer được in. "

 

Kết quả là, các gãy xương được tập trung ngay dọc theo các ranh giới đó, Strano nói. "Và sau đó, một điều khá tuyệt vời xảy ra: graphene sẽ bị gãy hoàn toàn, nhưng vết nứt sẽ được dẫn hướng xung quanh ngoại vi của cây cột." Kết quả là một mảnh graphene tròn, gọn gàng trông như thể nó đã được cắt ra một cách sạch sẽ bằng một cú đấm lỗ siêu nhỏ.

 

Do có hai lớp graphene, bên trên và bên dưới các cột polymer, hai đĩa kết quả bám vào các cạnh của chúng để tạo thành một cái gì đó giống như một túi bánh mì pita nhỏ, với polymer được niêm phong bên trong. "Và lợi thế ở đây là về cơ bản chỉ là một bước duy nhất", trái ngược với nhiều bước phòng sạch phức tạp cần thiết bởi các quy trình khác để cố gắng chế tạo các thiết bị robot siêu nhỏ, Strano nói.

 

Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các vật liệu hai chiều khác ngoài graphene, chẳng hạn như molybdenum disulfide và boronitride lục giác, cũng hoạt động tốt.

 

Robot giống như tế bào

Có kích thước tương đương với tế bào hồng cầu của con người, rộng khoảng 10 micromet, kích thước gấp khoảng 10 lần, những vật thể nhỏ bé này "bắt đầu trông và hoạt động như một tế bào sinh học sống. Thực tế, dưới kính hiển vi, bạn có thể có thể thuyết phục hầu hết mọi người rằng đó là một tế bào ", Strano nói.

 

Công trình này tiếp nối nghiên cứu trước đó của Strano và các sinh viên của ông về việc phát triển các syncell có thể thu thập thông tin về hóa học hoặc các tính chất khác của môi trường xung quanh bằng cách sử dụng các cảm biến trên bề mặt của chúng và lưu trữ thông tin để phục hồi sau đó, ví dụ như tiêm một lượng các hạt như vậy ở một đầu của một đường ống và lấy chúng ở đầu kia để lấy dữ liệu về các điều kiện bên trong nó. Mặc dù các syncell mới chưa có nhiều khả năng như những cái trước đó, nhưng chúng được lắp ráp riêng lẻ, trong khi công việc này cho thấy một cách dễ dàng sản xuất hàng loạt các thiết bị như vậy.

 

Ngoài việc sử dụng tiềm năng của các syncell để theo dõi công nghiệp hoặc y sinh, cách thức các thiết bị nhỏ bé được tạo ra cũng là một sự đổi mới với tiềm năng lớn, theo Albert Liu. "Quy trình chung này sử dụng gãy xương có kiểm soát như một phương pháp sản xuất có thể được mở rộng trên nhiều quy mô dài", ông nói. "[Nó có khả năng có thể được sử dụng với] về cơ bản bất kỳ vật liệu 2 chiều nào, về nguyên tắc cho phép các nhà nghiên cứu trong tương lai điều chỉnh các bề mặt mỏng nguyên tử này thành bất kỳ hình dạng hoặc hình thức mong muốn nào cho các ứng dụng trong các ngành khác."

 

Đây là, Albert Liu nói, "một trong những cách duy nhất hiện có để sản xuất vi điện tử tích hợp độc lập trên quy mô lớn" có thể hoạt động như các thiết bị nổi độc lập, tự do. Tùy thuộc vào bản chất của thiết bị điện tử bên trong, các thiết bị có thể được cung cấp khả năng di chuyển, phát hiện các hóa chất khác nhau hoặc các thông số khác và bộ nhớ lưu trữ.

 

Strano, người đã đồng tác giả với Shawn Walsh, một chuyên gia tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu quân sự, cho biết, có rất nhiều ứng dụng mới tiềm năng cho các thiết bị robot có kích thước tế bào như vậy. Các hệ thống robot và nền tảng tự trị ", được Elsevier Press xuất bản trong tháng này.

 

Như một minh chứng, nhóm đã "viết" các chữ cái M, I và T vào một mảng bộ nhớ trong một syncell, nơi lưu trữ thông tin dưới dạng các mức độ dẫn điện khác nhau. Thông tin này sau đó có thể được "đọc" bằng cách sử dụng đầu dò điện, cho thấy rằng vật liệu có thể hoạt động như một dạng bộ nhớ điện tử mà dữ liệu có thể được ghi, đọc và xóa theo ý muốn. Nó cũng có thể giữ lại dữ liệu mà không cần nguồn điện, cho phép thu thập thông tin sau đó. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng các hạt ổn định trong một vài tháng ngay cả khi trôi nổi trong nước, đây là một dung môi khắc nghiệt cho thiết bị điện tử, theo Strano.

 

"Tôi nghĩ rằng nó mở ra một bộ công cụ hoàn toàn mới cho chế tạo vi mô và nano," ông nói.

 
Dịch từ: sciencedaily.com

 


<< Quay lại


Reporter :  admin
Source : 


  • x