科学家将传统机器人技术与微流体技术相结合

机器人通常具有移动臂，通常被编程和用于执行各种工厂任务。这些类型的机器人传统上与微流体系统没有太多关联，微流体系统通过细毛细管输送少量液体。这些系统，也被称为实验室芯片，通常使用外部泵将液体输送到芯片中。然而，它们传统上难以实现自动化，芯片需要根据每个特定应用程序进行自定义设计和制造。

但是，现在，一组由ETH教授Daniel Ahmed领导的研究人员正在将传统机器人技术与微流体技术相结合。新开发的设备使用超声波，可以附着在机器人臂上。它可以执行广泛的微机器人和微流体应用任务，也可以用于自动化这些应用。

新的研究结果发表在Nature Communications上。

新颖的设备

研究人员开发了一种独特的设备，能够通过使用由压电转换器驱动的振荡玻璃针创建液体中的三维漩涡图案。通过调整这些振荡的频率，他们可以精确控制图案的形成。

图片：ETH Zurich

该团队使用该设备演示了几种应用，例如混合高粘度液体的小滴。

“液体越粘，混合越困难，”Ahmed说。“然而，我们的方法成功地实现了这一点，因为它允许我们不仅创建一个漩涡，还可以使用复杂的三维图案高效地混合液体。”

通过仔细操纵漩涡并将振荡玻璃针放置在通道壁附近，科学家们还能够以惊人的效率为他们的微通道系统提供动力。

通过使用机器人辅助声学设备，他们能够高效地捕获流体中的细颗粒。每个颗粒的大小决定了它对声波的反应，导致较大的颗粒在振荡玻璃针周围积聚。值得注意的是，这种技术不仅能够捕获惰性颗粒，还能够捕获整个鱼胚。在进一步开发后，这种方法可以用于从流体中捕获生物细胞。

“过去，操纵三维微观颗粒一直很具挑战性。我们的微机器人臂使其变得容易，”Ahmed说。

“到目前为止，大型传统机器人和微流体应用的进步是分别实现的，”Ahmed继续说。“我们的工作有助于将这两种方法结合起来。

液体中的漩涡图案      图片：ETH Zurich

当我们向前迈进时，未来微流体系统可能会接近今天先进的机器人技术。通过编程一个设备执行多个任务，例如混合和泵送液体以及捕获颗粒，Ahmed预见我们将进入一个时代，自定义芯片不再需要每个应用。进一步发展这一概念的想法是将多个玻璃针连接到复杂的漩涡图案中——推动我们的能力超越以前的想象。

Ahmed设想了微机器人臂在实验室分析领域以外的广泛潜在用途——从物体排序和DNA操作到像3D打印这样的增材制造技术。通过这些发展，我们可以革新我们所知的生物技术。