在生物醫(yī)學(xué)與微納操控領(lǐng)域，微納機(jī)器人正日益成為早期診斷和精準(zhǔn)治療的關(guān)鍵工具。已報(bào)道的微納機(jī)器人存在材料體系單一、功能局限和多刺激協(xié)同控制難等問題，限制了其在復(fù)雜任務(wù)中的多功能集成與應(yīng)用潛力。飛秒激光直寫加工技術(shù)是一種高精度的微納加工技術(shù)，能夠制備多材料多模塊的3D仿手型微納機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)單顆粒和細(xì)胞的抓取、運(yùn)輸與釋放。

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學(xué)中心有機(jī)納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室鄭美玲研究員團(tuán)隊(duì)，近期在3D微納機(jī)器人的制備與應(yīng)用方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出利用飛秒激光直寫加工技術(shù)制備多材料多模塊的3D仿手型微納機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)單顆粒和細(xì)胞的抓取、運(yùn)輸與釋放。相關(guān)研究成果發(fā)表在International Journal of Extreme Manufacturing(《極端制造》）期刊上。該論文的通訊作者是鄭美玲研究員和金峰教授，第一作者為2022級(jí)博士研究生章劍苗。

研究人員提出采用飛秒激光直寫技術(shù)制備集pH響應(yīng)抓取模塊與磁響應(yīng)運(yùn)輸模塊于一體的3D仿手型微納機(jī)器人，突破傳統(tǒng)單材料微納機(jī)器人功能單一的局限。如圖1所示，該微納機(jī)器人頂部的pH抓取模塊與底部的磁驅(qū)動(dòng)模塊能夠獨(dú)立響應(yīng)刺激，完成抓取、移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)等空間運(yùn)動(dòng)。

研究人員利用飛秒激光分步直寫多種材料，賦予不同結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)能力。并且，通過設(shè)計(jì)激光加工路徑，動(dòng)態(tài)調(diào)整不同區(qū)域的pH響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的最優(yōu)抓取。進(jìn)一步，作者探究了該微納機(jī)器人的雙模塊協(xié)同控制，手型微納機(jī)器人在pH和磁場(chǎng)的雙重刺激下，實(shí)現(xiàn)了單顆粒和單細(xì)胞的精準(zhǔn)抓取與3D導(dǎo)航協(xié)同控制。

該研究通過創(chuàng)新性的多材料集成與模塊化設(shè)計(jì)，成功制備了兼具pH響應(yīng)環(huán)境感知與磁驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)導(dǎo)航的3D微納機(jī)器人，有效解決了傳統(tǒng)微納機(jī)器人單響應(yīng)、單功能的技術(shù)局限，為復(fù)雜生物環(huán)境下的精準(zhǔn)微操作提供了新策略，所制備的微納機(jī)器人有望應(yīng)用于微操控、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。相關(guān)研究工作得到科技部激光制造與增材制造重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)面上基金、中國科學(xué)院國際伙伴計(jì)劃等項(xiàng)目的大力支持。

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圖1 飛秒激光直寫多材料多模塊手型微納機(jī)器人

圖2 3D仿手型微納機(jī)器人pH響應(yīng)性模塊設(shè)計(jì)與響應(yīng)測(cè)試

圖3 3D仿手型微納機(jī)器人定向運(yùn)輸單顆粒和786-O細(xì)胞

論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-7990/ae0666

DOI 10.1088/2631-7990/ae0666

期刊介紹：International Journal of Extreme Manufacturing(《極端制造》）致力于發(fā)表極端制造領(lǐng)域相關(guān)的高質(zhì)量最新研究成果，于2019年創(chuàng)刊，陸續(xù)被SCIE、EI、Scopus等20余個(gè)國際數(shù)據(jù)庫收錄。此期刊屬于JCR Q1區(qū)期刊，最新影響因子達(dá)21.3，位列工程/制造學(xué)科領(lǐng)域第一。同時(shí)，它處于中國科學(xué)院期刊分區(qū)工程技術(shù)1區(qū)，TOP期刊，并入選中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃二期英文領(lǐng)軍期刊。