當(dāng)我們用顯微鏡觀察一滴水時(shí)，可以看到奇妙的微觀世界。現(xiàn)在，科研人員在這滴水里投放了一位特殊的“快遞員”——3D手型微納機(jī)器人。

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所最新研發(fā)的3D微納機(jī)器人，尺寸僅為40微米左右，比頭發(fā)絲的直徑還要小，卻能像機(jī)械手一樣完成抓取、運(yùn)輸和釋放顆粒/細(xì)胞的精密任務(wù)，在微觀世界實(shí)現(xiàn)“手到擒來”，為未來精準(zhǔn)醫(yī)療開辟新路徑。這項(xiàng)工作的技術(shù)核心是利用飛秒激光直寫技術(shù)分模塊加工了兩種材料體系，制備了多功能集成的微納機(jī)器人，在微觀環(huán)境下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

如何做出這么精巧的“小手”？依靠的是“微觀畫筆”——飛秒激光直寫技術(shù)，科研人員像畫圖一樣，用激光這支畫筆在不同材料上“畫”出多種微納結(jié)構(gòu)，讓每個(gè)部分具備不同功能，最后組裝成一只完整的手型微機(jī)器人。

“快遞員”3D手型微納機(jī)器人由兩種智能材料組成，頂部是pH響應(yīng)模塊，像個(gè)“感應(yīng)夾子”，遇到特定酸堿環(huán)境就會(huì)自動(dòng)開合；底部是磁驅(qū)動(dòng)模塊，像個(gè)“微型馬達(dá)”，能用外部磁場遠(yuǎn)程控制它移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)甚至翻轉(zhuǎn)。

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飛秒激光直寫多材料多模塊手型微納機(jī)器人

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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)測試

讓我們來看看這個(gè)“快遞員”的一天吧！想讓它工作時(shí)，科研人員會(huì)先把它置于液體中。當(dāng)周圍環(huán)境的pH值發(fā)生變化時(shí)（如變酸或者變堿），微納機(jī)器人的“手掌”就會(huì)像花朵一樣張開或閉合。這就像我們的手遇到熱水會(huì)自動(dòng)縮回來一樣，是一種聰明的應(yīng)激反應(yīng)。

那么，“快遞員”如何進(jìn)行配送？在磁場引導(dǎo)下，它能夠靈活避開“障礙物”，精準(zhǔn)定位到目標(biāo)顆粒/細(xì)胞。當(dāng)檢測到酸性環(huán)境時(shí)，“手掌”自動(dòng)合攏完成抓取。隨后，翻轉(zhuǎn)身體調(diào)整姿態(tài)，安全送達(dá)指定區(qū)域，并在堿性環(huán)境下完成釋放顆粒/細(xì)胞的動(dòng)作。

這項(xiàng)研究通過多材料集成與模塊化設(shè)計(jì)，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，解決了傳統(tǒng)微納機(jī)器人單響應(yīng)、單功能的技術(shù)限制，為微觀世界的精準(zhǔn)操控打開了新大門。

未來，我們也許能看到這些微觀“快遞員”在各個(gè)角落執(zhí)行精密的任務(wù)，如在人體內(nèi)攜帶藥物穿梭，成為醫(yī)生的“隱形助手”。

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