在生物(wu)醫學領域(yu)，微機器(qi)人技(ji)術被視(shi)為精準醫療(liao)的(de)(de)“未來之鑰(yao)”，其(qi)在靶向(xiang)藥物(wu)遞送、微創手術及細胞操(cao)控(kong)等方(fang)面的(de)(de)潛力備受矚(zhu)目。然而，當前(qian)主(zhu)流的(de)(de)氣液(ye)界面磁性微機器(qi)人系統(tong)仍面臨(lin)嚴(yan)峻挑戰：傳(chuan)統(tong)設計依(yi)賴直接(jie)接(jie)觸抓取目標(biao)物(wu)，易導致細胞損傷或(huo)藥物(wu)泄(xie)漏；多機器(qi)人協作需復雜磁場調控(kong)，效率低下；微機器(qi)人運動(dong)速度普遍低于每秒2個體長，難以(yi)適(shi)應(ying)動態生理環境需求。更關(guan)鍵的(de)是，在靶向治療或精細手術中，微機器人(ren)接觸性(xing)操作可能(neng)引發組織二次損傷(shang)，限制了其在臨床(chuang)的(de)深層次應(ying)用。

面對這一行(xing)(xing)業痛點，188bet足球胡衍雷(lei)教授團隊打破(po)常規思(si)維，從微機器人結(jie)構、磁場動力學與界面工程(cheng)三個維度進行(xing)(xing)創新設(she)計，提出協(xie)同磁性界面微機器人對（CMIMC）。這一機器(qi)人系統借(jie)助(zhu)毛細(xi)力與磁場的巧妙耦合(he)，首次(ci)在氣液界面實現了非(fei)接觸式的抓取、運輸與釋放操作，速度(du)達到了12.2BL s^-1，并展示了(le)靶向藥(yao)物釋放和子宮肌瘤切除手術等應用，為生(sheng)物醫學(xue)領域中的微(wei)操作(zuo)技術樹立了(le)新標桿。該研究以題為“Cooperative Magnetic Interfacial Microrobot Couple for Versatile Non-Contact Biomedical Applications”的論文發(fa)表(biao)在(zai)最(zui)新一期《Advanced Materials》上。

這項研究工(gong)作的創新(xin)點之(zhi)一在(zai)于(yu)磁性材料排列(lie)與(yu)毛細(xi)力的耦合作用。微(wei)機器(qi)人對由聚二甲基硅氧(yang)烷（PDMS）和羰基鐵粉復合(he)而成(cheng)，通過飛秒激(ji)光雕刻(ke)出獨特的(de)對(dui)數美(mei)學(xue)曲線構型，其表(biao)面經飛秒激(ji)光改性處理后(hou)接觸角達154.5°。通過(guo)對微(wei)(wei)機器人(ren)內部磁性材料(liao)鏈狀排列的調控(kong)，實現了微(wei)(wei)機器人(ren)對的多模態控(kong)制。在單磁體控(kong)制下(xia)，僅(jin)需0.18秒即可完成“捕獲”與“釋(shi)放”狀態的(de)切換，并(bing)在對(dui)貨(huo)物(wu)進行操作(zuo)時全程無需觸碰目標，規避了(le)傳統操作(zuo)的(de)生物(wu)污染風險。通過微(wei)(wei)(wei)機器人參數與磁場分布(bu)的(de)調控，微(wei)(wei)(wei)機器人對(dui)在空氣-水界(jie)面展現出優良的運動(dong)性能。實(shi)驗數(shu)據顯示，其最大運輸速度達每秒12.2個體長（約(yue)97.5毫米(mi)/秒），較此前報道提(ti)速(su)6倍；即使在逆流環境中，仍(reng)能保持每秒8.1個體長的穩定速度。這(zhe)種高速特性源于突破性設(she)計——流(liu)線型(xing)構型(xing)降低流(liu)體阻力、按(an)磁場(chang)定向排(pai)列的磁性(xing)顆粒提(ti)高磁驅動力效率。

圖(tu)1. CMIMC的(de)協(xie)同磁驅(qu)動(dong)與多模態應用(yong)設計(ji)

圖2. 流線型優化與幾何參數精密調控

CMIMC的非接(jie)觸操控與高速特性，為微(wei)(wei)型機器人(ren)打(da)開了精準醫療(liao)的新(xin)窗口。研究團隊(dui)首先驗證了該(gai)微(wei)(wei)機器人(ren)的生物(wu)兼容性。在酵母(mu)細胞實(shi)驗組中，通(tong)過(guo)磁場引導(dao)，微(wei)(wei)機器人(ren)將(jiang)細胞團簇非接(jie)觸運輸至(zhi)激(ji)光滅活(huo)區，脈沖輻照后細胞活(huo)性下(xia)降約(yue)84%，而單純運輸組的存活率(lv)近100%，這驗證了(le)系(xi)統在(zai)保留生物活性(xing)的(de)前提下實現精準(zhun)操(cao)作的(de)可行(xing)性(xing)。隨后，研究團隊進行(xing)了(le)載物運輸的(de)全路徑操(cao)控驗證，實現了(le)多個復雜路徑的(de)靶向運輸，如圓形、字母、迷宮狀復雜圖(tu)案(an)，展(zhan)示了(le)高精運動(dong)控制能(neng)力。

圖3. 非接觸載物的全路徑操控驗證

同時，針(zhen)對(dui)藥物遞送場景，研(yan)究團(tuan)隊構建了(le)離體胃部模型(xing)。載有仿制(zhi)藥物的(de)CMIMC通(tong)過醫用導管(guan)部署后(hou)，沿預設(she)軌跡穿越胃壁褶皺，最(zui)終在靶(ba)點(dian)釋放藥物。對比實(shi)驗(yan)顯示，非接觸式遞(di)送使靶(ba)向部位的藥物濃度較自(zi)由擴散提(ti)高了1.72倍。在子(zi)宮肌瘤切除術的離體(ti)驗證實驗中(zhong)，裝配陶瓷刀片的CMIMC僅用78秒(miao)便完成病灶分離。

圖4. 從(cong)藥物(wu)遞送到肌(ji)瘤切除的(de)體外應用驗證

該(gai)研究突破性(xing)地構建了非(fei)接(jie)(jie)觸式微(wei)操(cao)作技(ji)術(shu)體系，攻克(ke)了微(wei)機器人非(fei)接(jie)(jie)觸操(cao)作的技(ji)術(shu)瓶頸，實現單(dan)磁(ci)體調控(kong)雙機器人的協同操(cao)作，并通過毛細(xi)力工程與(yu)流線(xian)構型設計，將運動速度提升至每秒12.2個體長。同(tong)時開發(fa)出可集(ji)成(cheng)手術(shu)(shu)工具的平臺化系統(tong)，在離體模型(xing)中完成(cheng)靶向(xiang)藥(yao)物(wu)(wu)遞送與肌(ji)瘤切除，驗證(zheng)了臨床轉(zhuan)化潛力，為活體內無創手術(shu)(shu)、藥(yao)物(wu)(wu)定點釋放(fang)等醫療場景提供了全新工具。

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論文鏈接：advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202417416