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二零一八年八月三十日

中大工程团队成功令纳米机械人模拟动物转换群体形态
助研发生物医学用途



香港中文大学(中大)机械与自动化工程学系副教授张立教授领导的研究团队,最近将动物集体行动的特性引入纳米机械人,成功控制纳米机械人群体进行形态转变和分裂成多个微型群体。这种具有环境适应性、可重组的微型群体在生物医学应用具有很大的潜力,例如用作标靶治疗。研究结果已在顶尖国际科学期刊Nature Communications发表。

动物集体行动在自然界并不罕见,大大小小的群体例如鸟群、鱼群和细菌菌落等,每个个体之间会互相沟通,根据其所在的环境改变群体形态,例如一群蚂蚁互相支撑身体以形成链状形态,穿越复杂地形。受到自然界的启发,研究人员希望将这个特性赋予纳米机械人,使它们可以相互协作,完成单一纳米机械人群体无法实现的目标。

张教授的团队利用动态自组装技术,成功将几百万个分散的磁性纳米粒子组装成可控的人工微型群体。透过调节磁场的振幅和频率,这一种条状微型群体可以进行多种可逆的形态变化,包括伸长和缩短,还有可控的分裂和融合。

张教授表示:「这种微型群体除了为微加工和精密控制等工业技术提供有效解决方案外,在标靶治疗方面亦有很大的应用潜力。研究人员可透过对纳米机械人群体进行编程,在微创手术中协助医生进行复杂的任务,例如穿过人体内的狭小通道。团队正与中大医学院合作,进一步研究如何将纳米机械人的群体特性应用于临床体内检测及治疗。」

该研究由香港研究资助局(RGC)、创新科技署(ITC)及中大天石机器人研究所(CURI)资助。张教授的主要研究领域包括微米/纳米机器人及其生物医学应用。张教授团队的研究成果已发表在机器人学和材料科学的顶级期刊上,如Science Robotics, Nature Communications, International Journal of Robotics Research, IEEE Transactions on Robotics, Soft Robotics, Advanced Functional Materials, and Sensors & Actuators B.

透过调节磁场的振幅和频率,张立教授(右)和博士研究生俞江帆(左)的团队,令数百万个不能互相合作的纳米机械人,组合起来成为微型群体,并按不同环境和功用变形。团队正与中大医学院合作进行动物测试,及研究纳米机械人用于临床治疗的可行性。
透过调节磁场的振幅和频率,张立教授(右)和博士研究生俞江帆(左)的团队,令数百万个不能互相合作的纳米机械人,组合起来成为微型群体,并按不同环境和功用变形。团队正与中大医学院合作进行动物测试,及研究纳米机械人用于临床治疗的可行性。

纳米机械人集群是模仿动物集群行为,例如蚂蚁群。
纳米机械人集群是模仿动物集群行为,例如蚂蚁群。