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【24h】

バイオ燃料を利用した自己推進マイクロスイマー

机译:自推进式微游泳机,使用生物燃料

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摘要

泳動マイクロロボットには,薬剤の長期的投与や,無痛のピンポイント手術などの革新的な非侵襲医療への応用に大きな可能性がある.人体内で自律的に医療行為をおこなうロボットのアイデアも議論されており,エネルギ供給·推進機構は最重要課題である.このためには人体で供給可能な物質をエネルギ源として利用し,マイクロスケールで有効に動作する推進原理を適用すべきである.そこでこれまでにないコンセプトとして燃料電池(BFC)機構と電気浸透推進(EOP)機構を使った自己推進マイクロスイマーを提案する.BFC機構は人体に存在する生体燃料を分解することで開回路電位(OCP)を発生させ,EOP機構はOCPから生じる電気浸透流(EOF)を用いて自己推進速度を生成する.これを実証できれば,生体医用マイクロロボットの実用化に向け大きな一歩となる.%Self-propelled swimming microrobots have significant potential for medical applications. The most important technical issue is to realize microswimmers using an energy supply mechanism functioning inside the human body and a propulsion mechanism suitable for micro fluids. Our concept uses biofuel cell (BFC) and electroosmotic propulsion (EOP). The BFC mechanism has a bioanode and a biocathode, generating an open-circuit potential (OCP) by redox reactions or biofuels. The EOP mechanism has an insulating tube arranged between the electrodes. Electroosmotic flow (EOF) is generated inside the tube by the electric force from the OCP. A reaction force then propels the tube. We derived a theoretical model of the propulsion velocity.100 μm prototypes were fabricated which were comprised of an insulating SU-8 layer and two conductive SU-8 layers incorporating enzymes, using glucose and oxygen as the biofuels. "Proof-of-Concept" experiments were conducted using the prototypes. The self-propulsion in the glucose solution was observed, confirming the validity of the concept. This configuration can be used as a standalone microrobot, or as an element in a robot system.
机译:电泳微型机器人在长期药物管理和无创精确手术等创新的非侵入性医疗应用中具有巨大潜力,也可以设想机器人在人体内自主执行医疗活动的想法。已经讨论了能量供应和推进机制,最重要的问题是使用可以由人体提供的物质作为能量来源,并应用在微观尺度上有效运行的推进原理。因此,我们提出了一种使用燃料电池(BFC)机制和电渗推进(EOP)机制的自推进式微游泳器,这是前所未有的概念,其中开路电势( OCP),并且EOP机制使用从OCP产生的电渗流(EOF)来产生自推进速度,如果得到证明,这将是迈向生物医学微型机器人实际应用的重要一步。推进式游泳微型机器人在医疗领域具有巨大的潜力。最重要的技术问题是使用在人体内部起作用的能量供应机制和适用于微流体的推进机制来实现微型游泳者。我们的概念是使用生物燃料电池(BFC)和电渗推进器( BFC机制具有生物阳极和生物阴极,通过氧化还原反应或生物燃料产生开路电势(OCP); EOP机制具有布置在电极之间的绝缘管,管内产生电渗流(EOF)由OCP产生的电力我们推导了推进速度的理论模型。制造了100μm的原型,该原型由一个绝缘的SU-8层和两个掺有酶的导电SU-8层组成,使用葡萄糖和氧气作为生物燃料。使用原型进行了“概念验证”实验。观察到了葡萄糖溶液中的自推进,确认了该概念的有效性。此配置可以用作独立的微型机器人,也可以用作机器人的元素。机器人系统。

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