Magnetically Driven Micro and Nanorobots

纳米机器人学 纳米技术 推进 磁场 运动控制 可重构性 计算机科学 航空航天工程 物理 机器人 材料科学 人工智能 工程类 量子力学 电信
作者
Huaijuan Zhou,Carmen C. Mayorga‐Martinez,Salvador Pané,Li Zhang,Martin Pumera
出处
期刊:Chemical Reviews [American Chemical Society]
卷期号:121 (8): 4999-5041 被引量:522
标识
DOI:10.1021/acs.chemrev.0c01234
摘要

Manipulation and navigation of micro and nanoswimmers in different fluid environments can be achieved by chemicals, external fields, or even motile cells. Many researchers have selected magnetic fields as the active external actuation source based on the advantageous features of this actuation strategy such as remote and spatiotemporal control, fuel-free, high degree of reconfigurability, programmability, recyclability, and versatility. This review introduces fundamental concepts and advantages of magnetic micro/nanorobots (termed here as "MagRobots") as well as basic knowledge of magnetic fields and magnetic materials, setups for magnetic manipulation, magnetic field configurations, and symmetry-breaking strategies for effective movement. These concepts are discussed to describe the interactions between micro/nanorobots and magnetic fields. Actuation mechanisms of flagella-inspired MagRobots (i.e., corkscrew-like motion and traveling-wave locomotion/ciliary stroke motion) and surface walkers (i.e., surface-assisted motion), applications of magnetic fields in other propulsion approaches, and magnetic stimulation of micro/nanorobots beyond motion are provided followed by fabrication techniques for (quasi-)spherical, helical, flexible, wire-like, and biohybrid MagRobots. Applications of MagRobots in targeted drug/gene delivery, cell manipulation, minimally invasive surgery, biopsy, biofilm disruption/eradication, imaging-guided delivery/therapy/surgery, pollution removal for environmental remediation, and (bio)sensing are also reviewed. Finally, current challenges and future perspectives for the development of magnetically powered miniaturized motors are discussed.
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