私たちは、可動アームを備えたロボットをよく知っています。彼らは工場の床に座って機械的な作業を行い、プログラムすることができます。1 台のロボットを複数のタスクに使用できます。
細い毛細管を通してごくわずかな量の液体を輸送する小さなシステムは、今日までそのようなロボットにとってほとんど価値がありませんでした。実験室分析の補助として研究者によって開発されたこのようなシステムは、マイクロフルイディクスまたはラボオンチップとして知られており、通常は外部ポンプを使用してチップ全体に流体を移動させます。これまで、このようなシステムは自動化が難しく、特定のアプリケーションごとにチップを注文に応じて設計および製造する必要がありました。
ETH教授ダニエル・アーメッド率いる科学者たちは現在、従来のロボット工学とマイクロ流体工学の融合を進めている。彼らは、超音波を使用し、ロボットアームに取り付けることができるデバイスを開発しました。マイクロロボット工学およびマイクロ流体工学アプリケーションの幅広いタスクに適しており、そのようなアプリケーションの自動化にも使用できます。科学者たちは、Nature Communications で進歩を報告しています。
この装置は、細くて尖ったガラス針と、針を振動させる圧電トランスデューサーで構成されています。同様のトランスデューサーは、スピーカー、超音波画像処理、および専門の歯科機器で使用されています。ETHの研究者はガラス針の振動周波数を変えることができます。針を液体に浸すことにより、多数の渦巻きの立体的なパターンを作成しました。このモードは発振周波数に依存するため、それに応じて制御できます。
研究者はこれを使用して、さまざまなアプリケーションを実証できます。まず、高粘度の液体の小さな液滴を混合することができました。「液体の粘度が高くなるほど、混合するのが難しくなります」とアーメッド教授は説明します。「しかし、私たちの方法は、単一の渦を作成できるだけでなく、複数の強い渦で構成される複雑な 3D パターンを使用して流体を効果的に混合できるため、この点で優れています。」
第二に、科学者たちは、特定の渦パターンを作成し、振動するガラス針をチャネル壁の近くに配置することにより、マイクロチャネル システムを通して液体を送り出すことができました。
第三に、ロボット音響装置を使用して液体中に存在する微粒子を捕捉することができました。これが機能するのは、粒子のサイズによって粒子が音波にどのように反応するかが決まるためです。比較的大きな粒子は振動するガラス針に向かって移動し、そこで蓄積されます。研究者らは、この方法で無生物の粒子だけでなく、魚の胚もどのように捕捉できるかを示しました。彼らは、液体中の生体細胞も捕捉するはずだと考えています。「これまで、微細な粒子を三次元で操作することは常に課題でした。私たちの小さなロボットアームはこれを簡単にします」とアーメド氏は言いました。
「これまで、従来のロボット工学とマイクロ流体工学の大規模応用の進歩は別々に行われてきました」とアーメド氏は語った。「私たちの仕事は、これら 2 つのアプローチを統合するのに役立ちます。」適切にプログラムされた 1 つのデバイスで多くのタスクを処理できます。「液体の混合と圧送、粒子の捕捉はすべて 1 つのデバイスで実行できます」とアーメド氏は言います。これは、将来のマイクロ流体チップが特定の用途ごとにカスタム設計される必要がなくなることを意味します。研究者らは、複数のガラス針を組み合わせて、液体中により複雑な渦パターンを作成したいと考えています。
研究室での分析に加えて、アーメッド氏は、小さな物体の分類など、マイクロマニピュレーターの他の用途を想像することができます。おそらく手は、個々の細胞に DNA を導入する方法としてバイオテクノロジーにも使用される可能性があります。最終的には積層造形や 3D プリンティングに使用される可能性があります。
資料はチューリッヒ工科大学から提供されました。原作はファビオ・ベルガミンによって書かれました。注記。コンテンツはスタイルと長さを編集できます。
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