Multimodal microwheel swarms for targeting in three-dimensional networks.
Multimodal microwheel swarms for targeting in three-dimensional networks.
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DOI：
10.1038/s41598-022-09177-x
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发表时间：
2022-03-24
影响因子：
4.6
通讯作者：
Marr DWM
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zimmermann CJ;Herson PS;Neeves KB;Marr DWM
用于靶向药物输送的微型机器人必须在包括分叉、倾斜表面和曲率的三维(3D)环境中移动。在以前的研究中，我们已经证明了由超顺磁珠可逆组装的磁力驱动胶体微轮(微轮)可以快速平移并易于定向。在这里，我们展示了，在高浓度下，微型轮聚集成群，根据所施加的磁场驱动模式，可以被设计为运输货物、爬陡坡、分布在大片区域或提供机械动作。我们通过描述单个微轮和成群的微轮在陡峭和平坦的表面上的平移和分散来测试这些多模式群体在复杂、倾斜的微环境中导航的能力。然后在具有多个转弯的分支3D血管模型中研究蜂群，其中在厘米长的尺度上实现了良好的靶向效率。通过这种方法，我们提出了一种易于重构的能够在3D微环境中导航的群体平台。
Microscale bots intended for targeted drug delivery must move through three-dimensional (3D) environments that include bifurcations, inclined surfaces, and curvature. In previous studies, we have shown that magnetically actuated colloidal microwheels (µwheels) reversibly assembled from superparamagnetic beads can translate rapidly and be readily directed. Here we show that, at high concentrations, µwheels assemble into swarms that, depending on applied magnetic field actuation patterns, can be designed to transport cargo, climb steep inclines, spread over large areas, or provide mechanical action. We test the ability of these multimodal swarms to navigate through complex, inclined microenvironments by characterizing the translation and dispersion of individual µwheels and swarms of µwheels on steeply inclined and flat surfaces. Swarms are then studied within branching 3D vascular models with multiple turns where good targeting efficiencies are achieved over centimeter length scales. With this approach, we present a readily reconfigurable swarm platform capable of navigating through 3D microenvironments.
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