磁控螺旋形微纳米机器人在生物医学方面的应用

工程(英文) ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (1) : 21-26.

PDF(3873 KB)
PDF(3873 KB)
工程(英文) ›› 2015, Vol. 1 ›› Issue (1) : 21-26. DOI: 10.15302/J-ENG-2015005
研究论文
Research

磁控螺旋形微纳米机器人在生物医学方面的应用

作者信息 +

Magnetic Helical Micro- and Nanorobots: Toward Their Biomedical Applications

Author information +
History +

Abstract

Magnetic helical micro- and nanorobots can perform 3D navigation in various liquids with a sub-micrometer precision under low-strength rotating magnetic fields (<10 mT). Since magnetic fields with low strengths are harmless to cells and tissues, magnetic helical micro/nanorobots are promising tools for biomedical applications, such as minimally invasive surgery, cell manipulation and analysis, and targeted therapy. This review provides general information on magnetic helical micro/nanorobots, including their fabrication, motion control, and further functionalization for biomedical applications.

Keywords

magnetic helical micro/nanorobots / mobile micro/nanorobots / artificial bacterial flagella (ABFs) / functionalization / biomedical applications

引用本文

导出引用
. . Engineering. 2015, 1(1): 21-26 https://doi.org/10.15302/J-ENG-2015005

参考文献

[1]
B. J. Nelson, I. K. Kaliakatsos, J. J. Abbott. Microrobots for minimally invasive medicine. Annu. Rev. Biomed. Eng., 2010, 12(1): 55–85
[2]
W. Gao, J. Wang. The environmental impact of micro/nanomachines: A review. ACS Nano, 2014, 8(4): 3170–3180
[3]
L. Zhang, K. E. Peyer, B. J. Nelson. Artificial bacterial flagella for micromanipulation. Lab Chip, 2010, 10(17): 2203–2215
[4]
J. J. Abbott,  How should microrobots swim? Int. J. Robot. Res., 2009, 28(11−12): 1434–1447
[5]
E. M. Purcell. Life at low Reynolds number. Am. J. Phys., 1977, 45(1): 3–11
[6]
H. C. Berg, R. A. Anderson. Bacteria swim by rotating their flagellar filaments. Nature, 1973, 245(5425): 380–382
[7]
T. Baba,  Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-gene knockout mutants: The Keio collection. Mol. Syst. Biol. 2006, 2(1): 2006.0008
[8]
W. R. DiLuzio,  Escherichia coli swim on the right-hand side. Nature, 2005, 435(7046): 1271–1274
[9]
K. E. Peyer, S. Tottori, F. Qiu, L. Zhang, B. J. Nelson. Magnetic helical micromachines. Chemi. Eur. J., 2013, 19(1): 28–38
[10]
K. E. Peyer, L. Zhang, B. J. Nelson. Bio-inspired magnetic swimming microrobots for biomedical applications. Nanoscale, 2013, 5(4): 1259–1272
[11]
T. Honda, K. I. Arai, K. Ishiyama. Micro swimming mechanisms propelled by external magnetic fields. IEEE Trans. Magn., 1996, 32(5): 5085–5087
[12]
K. Kikuchi, A. Yamazaki, M. Sendoh, K. Ishiyama, K. I. Arai. Fabrication of a spiral type magnetic micromachine for trailing a wire. IEEE Trans. Magn., 2005, 41(10): 4012–4014
[13]
D. J. Bell, S. Leutenegger, K. M. Hammar, L. X. Dong, B. J. Nelson. Flagella-like propulsion for microrobots using a nanocoil and a rotating electromagnetic field. In: Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2007: 1128–1133
[14]
A. Ghosh, P. Fischer. Controlled propulsion of artificial magnetic nanostructured propellers. Nano Lett., 2009, 9(6): 2243–2245
[15]
S. Tottori, L. Zhang, F. Qiu, K. K. Krawczyk, A. Franco-Obregón, B. J. Nelson. Magnetic helical micromachines: Fabrication, controlled swimming, and cargo transport. Adv. Mater., 2012, 24(6): 811–816
[16]
W. Gao,  Bioinspired helical microswimmers based on vascular plants. Nano Lett., 2014, 14(1): 305–310
[17]
P. L. Venugopalan, R. Sai, Y. Chandorkar, B. Basu, S. Shivashankar, A. Ghosh. Conformal cytocompatible ferrite coatings facilitate the realization of a nanovoyager in human blood. Nano Lett., 2014, 14(4): 1968–1975
[18]
L. Zhang,  Characterizing the swimming properties of artificial bacterial flagella. Nano Lett., 2009, 9(10): 3663–3667
[19]
B. J. Nelson, K. E. Peyer. Micro- and nanorobots swimming in heterogeneous liquids. ACS Nano, 2014, 8(9): 8718–8724
[20]
F. Qiu,  Noncytotoxic artificial bacterial flagella fabricated from biocompatible ORMOCOMP and iron coating. J. Mater. Chem. B, 2014, 2(4): 357–362
[21]
J. Li,  Template electrosynthesis of tailored-made helical nanoswimmers. Nanoscale, 2014, 6(16): 9415–9420
[22]
D. Schamel, Nanopropellers and their actuation in complex viscoelastic media. ACS Nano, 2014, 8(9): 8794–8801
[23]
S. Schuerle, S. Pané, E. Pellicer, J. Sort, M. D. Baró, B. J. Nelson. Helical and tubular lipid microstructures that are electroless-coated with CoNiReP for wireless magnetic manipulation. Small, 2012, 8(10): 1498–1502
[24]
S. Kawata, H. B. Sun, T. Tanaka, K. Takada. Finer features for functional microdevices—Micromachines can be created with higher resolution using two-photon absorption. Nature, 2001, 412(6848): 697–698
[25]
M. Suter,  Superparamagnetic microrobots: Fabrication by two-photon polymerization and biocompatibility. Biomed. Microdevices, 2013, 15(6): 997–1003
[26]
M. A. Zeeshan,  Hybrid helical magnetic microrobots obtained by 3D template-assisted electrodeposition. Small, 2014, 10(7): 1284–1288
[27]
T. Y. Huang,  Cooperative manipulation and transport of microobjects using multiple helical microcarriers. RSC Adv., 2014, 4(51): 26771–26776
[28]
F. Qiu, R. Mhanna, L. Zhang, Y. Ding, S. Fujita, B. J. Nelson. Artificial bacterial flagella functionalized with temperature-sensitive liposomes for controlled release. Sens. Actuators B Chem., 2014, 196: 676–681
[29]
R. Mhanna,  Artificial bacterial flagella for remote-controlled targeted single-cell drug delivery. Small, 2014, 10(10): 1953–1957
[30]
F. Qiu, S. Fujita, R. Mhanna, L. Zhang, B. R. Simona, B. J. Nelson. Magnetic helical microswimmers functionalized with lipoplexes for targeted gene delivery. Adv. Funct. Mater., 2015, 25(11): 1666–1671
[31]
A. Servant, F. Qiu, M. Mazza, K. Kostarelos, B. J. Nelson. Controlled in vivo swimming of a swarm of bacteria-like microrobotic flagella. Adv. Mater., 2015, 27(19): 2981–2988
PDF(3873 KB)

Accesses

Citation

Detail

段落导航
相关文章

/