【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在生物醫(yī)學與微納操控領(lǐng)域，微納機器人正日益成為早期診斷和精準治療的關(guān)鍵工具。已報道的微納機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，限制了其在復雜任務(wù)中的多功能集成與應用潛力。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仿手型微納機器人，實現(xiàn)對單顆粒和細胞的抓取、運輸與釋放。
中國科學院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學中心有機納米光子學實驗室鄭美玲研究員團隊，近期在3D微納機器人的制備與應用方面取得新進展。該團隊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仿手型微納機器人，實現(xiàn)對單顆粒和細胞的抓取、運輸與釋放。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響應抓取模塊與磁響應運輸模塊于一體的3D仿手型微納機器人，突破傳統(tǒng)單材料微納機器人功能單一的局限。如圖1所示，該微納機器人頂部的pH抓取模塊與底部的磁驅(qū)動模塊能夠獨立響應刺激，完成抓取、移動、翻轉(zhuǎn)等空間運動。
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)運動能力。并且，通過設(shè)計激光加工路徑，動態(tài)調(diào)整不同區(qū)域的pH響應能力，實現(xiàn)對目標物體的最優(yōu)抓取。進一步，作者探究了該微納機器人的雙模塊協(xié)同控制，手型微納機器人在pH和磁場的雙重刺激下，實現(xiàn)了單顆粒和單細胞的精準抓取與3D導航協(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，成功制備了兼具pH響應環(huán)境感知與磁驅(qū)動精準導航的3D微納機器人，有效解決了傳統(tǒng)微納機器人單響應、單功能的技術(shù)局限，為復雜生物環(huán)境下的精準微操作提供了新策略，所制備的微納機器人有望應用于微操控、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專項、國家自然科學面上基金、中國科學院國際伙伴計劃等項目的大力支持。
圖1 飛秒激光直寫多材料多模塊手型微納機器人
圖2 3D仿手型微納機器人pH響應性模塊設(shè)計與響應測試
圖3 3D仿手型微納機器人定向運輸單顆粒和786-O細胞
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