《祖国》杂志/李彬 没有科技的发展,就没有社会的进步,这是世界的共识,也是中国科研工作者突破的方向。在智能制造领域,喻婷婷团队凭借着敏锐的研究,创新的探索,在微纳米机器人制造领域,实现了质与量的双重突破。
从水环境中微塑料的高效去除,到突破微纳尺度通信瓶颈,再到面向靶向给药的磁驱微纳机器人研究,哪里有需要,哪里就有喻婷婷团队披荆斩棘、开拓创新的背影。
喻婷婷博士
水环境中微塑料的高效去除
对于微纳米机器人的发展,喻婷婷团队提出了极具前瞻性的“应用驱动并且面向实际需求”的模块设计理念,即在微纳机器人的设计中,模块的设计须与应用需求对齐,确保功能、集成度和可行性之间的最佳权衡,微纳机器人技术需要助力传统方法升级并推动广泛应用。在这一目标的引领下,高效去除水环境中微塑料的清洁机器人诞生了。
众所周知,微塑料能够迅速穿透生物屏障进入人体组织,目前已在多种人体组织,包括血液和大脑中检测到微塑料的存在,且难以有效排除。作为生命之源的水源,同样深受微塑料的污染,而传统的污水处理方法,如物理过滤和混凝,不足以有效去除这些微塑料。喻婷婷团队针对这一需求,研发了一种低能可见光驱动磁辅助清洁机器人,实现了水环境中微塑料的高效去除。
研究以一种可见光吸收性高、毒性低、制备方便、化学稳定性好等优点的类钙钛矿半导体材料钨酸铋为基底,设计出一种低光能驱动微型机器人。这种清洁微纳机器人有较高的光子吸收范围和光子吸收度,可以在极低光能下吸收微塑料,大大增加了未来机器人在人体或海洋淡盐水环境中微塑料处理方面的应用潜力。
在磁场频率为14 Hz时,磁辅助清洁机器人可以在仅仅93s内达到98%的微塑料去除效率,远高于目前已知的微塑料去除方法。借助定向磁场可以实现对微型机器人和微塑料的回收,减小对环境的污染。在水污染领域,有着广泛的应用前景。
一直以来,喻婷婷团队都是以需求为本位,以尽可能简单的设计,应对复杂的应用,在控制成本的同时,完成了多场景应用。
突破微纳尺度通信瓶颈
为人类保驾护航,是科技的使命,为科技创新而奋斗,则是喻婷婷的初心,为了推动纳米技术的发展和应用,喻婷婷始终奔走在探索的前沿。
通信技术不仅是科技创新的重要支撑,也是推动经济增长的重要因素。当前,分子通信作为一种新兴的通信范式,在实验层面,尤其是在微纳尺度下进行系统性研究仍面临诸多挑战。如何通过创新,走出一条可行性的突破之路,成为喻婷婷团队深耕的重中之重。
光作为生物进化的关键纽带,在生命体的感知和生存活动中扮演着至关重要的角色。受此启发,喻婷婷团队开发出一种光驱动微纳机器人系统,并结合光学显微镜平台构建了一个完整的微纳尺度通信平台。
Cu2O微纳机器人因其负趋光性运动特性,被选作信息载体,模拟生物分子在视觉系统中的信息传递过程。研究核心在于开发光驱动微纳机器人系统,模拟生物体的光感应与通信。研究成功制备了响应365nm紫外光的Cu2O微纳机器人,实现其多向操控。通过控制机器人运动,实现了仿生信息传输,并提出了低复杂度检测器以确保无差错通信。同时,团队还设计了配备双光源的光驱动分子通信测试平台,利用通断键控(OOK)调制,将光信号转化为机器人运动,并通过检测机器人数量获取数据。研究实现了数据编码和100 bit无差错传输。这在跨学科领域提供了具体的实施方案,在智能传感、纳米尺度材料与环境的相互作用与控制等领域展现出巨大的应用潜力。
微纳管道加工新方法
创,创造也;新,新鲜也,这就是创新的含义。同时,创新又是多维度的,技术、管理、制度、文化都可以实现创新,其中,技术创新,是推动社会发展的核心。喻婷婷团队正是技术创新的引领者和实践者。
微纳管道是微流控和仿生系统的关键元件,其高精度制造技术备受关注。然而,传统方法如光刻和同轴微流体打印在实现微小尺寸、低成本与高精度之间难以平衡,限制了其在复杂三维结构构建中的应用。
为解决这一问题,喻婷婷团队提出了一种结合水凝胶DIW与SLA的微纳管道增材制造方法,成功实现了内径最小可达3微米的管道加工,突破了现有技术的尺寸限制。通过引入具有各向等比例收缩特性的Carbomer水凝胶,有效提升了三维结构的成型精度,所加工管道具备光滑透明的管壁、可编辑的几何路径以及优异的尺寸一致性(直径方差小于0.0064)。系统集成了高压驱动、良好气密性和高精度三维运动平台,保障了极小尺寸打印的稳定性。此外,所采用的牺牲材料可在光固化树脂中稳定存在并快速移除,实现了连续、高质量的三维中空结构。
科技,没有上限。在喻婷婷团队的规划中,这项技术将在微流控芯片、生物体内仿生毛细血管网络、微型光电器件和柔性微纳机器人中的集成与应用,进一步实现从结构制造到系统功能构建的跨尺度融合,助力精准医学、纳米传感与分子操控等前沿领域的发展。
医疗,环保,工业制造,都是纳米机器人的应用场景。喻婷婷团队要做的,就是通过创新,让纳米机器人,助力各行各业的发展。
“执科技之笔,书未来世界。”这就是喻婷婷,这就是中国的科研工作者。
责任编辑:李欣欣