仿生骨骼生长微型机器人--生物混合可变刚度软执行器
【导读】：
受初始骨骼发育动态过程的启发，其中软组织变成坚固的承重结构，生物诱导可变刚度致动器的制造、优化和表征可以变形为各种形状并将其特性从柔软变为特此介绍刚性。开发的生物混合可变刚度致动器可用于软（微）机器人，并作为骨修复或骨组织工程的潜在工具。
受骨骼中骨骼生长的启发，瑞典林开发了一种可以在硬化前变形为各种形状的材料组合。这种材料最初是柔软的，但后来通过使用骨骼中相同材料的骨骼发育过程变硬。
，材料（左）将慢慢向鸡骨（白色）弯曲。如果液体中含有骨骼发育所需的矿物质，这种材料将在几天内开始构建人造骨骼，将自身附着在鸡骨上。
，我们的头骨上有缝隙，被称为囟门的软结缔组织片覆盖。正是由于囟门，我们的头骨。出生后，囟门组织逐渐变成硬骨。现在，研究人员已经将类似于这种自然过程的材料组合在一起。
“我们希望将其用于材料用。首先，材料柔软而有弹性，。例如，这种材料可用于复杂的骨折。它也可以用于微型机器人——这些柔软的微型机器人可以通过一个薄注射器注入体内，然后它们会展开并发育出自己的刚性骨骼”，物理、化学和生物学系副教授EdwinJager说(IFM)在林雪平大学。
这个想，EdwinJager遇到了对骨骼进行研究的HiroshiKamioka和EmilioHara。物分子。是否有可能将这种生物分子与Jager的材料研究相结合，开发出具有可变刚度的新材料？
黑色材料是一种电活性聚合物，当研究人员，其体积会发生变化，从而使这个简单的“微型机器人”弯曲。在材料的另一面，您可以看到研究人员附着生物分子的凝胶，这些生物分子使软凝胶材料可以像骨头一样硬化。奥洛夫·普兰塔伯
在随后发表在AdvancedMaterials上的研究中，研究人员构建了一种简单的“微型机器人”，它可以呈现不同的形状并改变刚度。研究人员从一种叫做藻酸盐的凝胶材料开始。在凝胶的一侧，生长了一种聚合物材料。这种材料具有电活性，当，它会改变其体积，从而使微型机器人沿特定方向弯曲。在凝胶的另一侧，研究人员附着了生物分子，使软凝胶材料变硬。这些生物分子是从一种对骨骼发育很重要的细胞的细胞膜中提取的。当材料浸入细胞培养基（类似于身体并含有钙和磷的环境），生物分子使凝胶矿化并像骨头一样硬化。
研究人员感兴趣的一种潜在应用是骨愈合。这个想法是，由电活性聚合物驱动的软材料将能够自行进入复杂骨折的空间并扩张。当材料硬化后，它可以为新骨骼的构建奠定基础。在他们的研究中，研究人员证明，这种材料可以将自己包裹在鸡骨头周围，随后发育的人造骨头会与鸡骨头一起生长。
通过在凝胶中制作图案，研究人员可以确定简单的微型机器人。材料表面上的垂直线使机器人弯曲成半圆形，而对角线使其像开瓶器一样弯曲。
“通过控制材料的转动方式，我们可以使微型机器人以不同的方式移动，并影响材料在断骨中展开的方式。我们可以将这些运动嵌入到材料的结构中，从而无需复杂的程序来操纵这些机器人”，EdwinJager说。
为了更多地了解这种材料组合的生物相容性，研究人员现在正在进一步研究其特性如何与活细胞协同工作。