在生物醫學與微納操控領域，微納機器人正日益成為早期診斷和精準治療的關鍵工具。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同控制難等問題，限制了其在復雜任務中的多功能集成與應用潛力。飛秒激光直寫加工技術是一種高精度的微納加工技術，能夠制備多材料多模塊的3D仿手型微納機器人，實現對單顆粒和細胞的抓取、運輸與釋放。

中國科學院理化技術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制備多材料多模塊的3D仿手型微納機器人，實現對單顆粒和細胞的抓取、運輸與釋放。相關研究成果發表在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動模塊能夠獨立響應刺激，完成抓取、移動、翻轉等空間運動。

研究人員利用飛秒激光分步直寫多種材料，賦予不同結構運動能力。并且，通過設計激光加工路徑，動態調整不同區域的pH響應能力，實現對目標物體的最優抓取。進一步，作者探究了該微納機器人的雙模塊協同控制，手型微納機器人在pH和磁場的雙重刺激下，實現了單顆粒和單細胞的精準抓取與3D導航協同控制。

該研究通過創新性的多材料集成與模塊化設計，成功制備了兼具pH響應環境感知與磁驅動精準導航的3D微納機器人，有效解決了傳統微納機器人單響應、單功能的技術局限，為復雜生物環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、生物醫療等領域。相關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。

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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

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》）致力于發表極端制造領域相關的高質量最新研究成果，于2019年創刊，陸續被SCIE、EI、Scopus等20余個國際數據庫收錄。此期刊屬于JCR Q1區期刊，最新影響因子達21.3，位列工程/制造學科領域第一。同時，它處于中國科學院期刊分區工程技術1區，TOP期刊，并入選中國科技期刊卓越行動計劃二期英文領軍期刊。