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在微觀世界中，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的科研團(tuán)隊(duì)打造出一款3D手型微納機(jī)器人，尺寸僅40微米左右，比頭發(fā)絲直徑更小。這款“微型快遞員”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)，為精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域開(kāi)辟新路徑。

微納機(jī)器人是工作在微米至納米尺度的“智能微型機(jī)器”，在精準(zhǔn)醫(yī)療、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而，當(dāng)前微納機(jī)器人多采用單一材料體系，功能擴(kuò)展受限，復(fù)雜環(huán)境下的多刺激協(xié)同控制與多步操作成為科研挑戰(zhàn)。為此，科研團(tuán)隊(duì)提出新思路，采用多材料多模塊加工微納機(jī)器人，并設(shè)計(jì)出仿手型的3D結(jié)構(gòu)。

這只微型“手”雙手向上托舉，手掌部分靈活開(kāi)合，開(kāi)放造型便于觀察目標(biāo)顆粒，釋放時(shí)更靈活?？蒲腥藛T利用飛秒激光直寫技術(shù)，以極短激光脈沖突破光學(xué)衍射極限，實(shí)現(xiàn)納米高精度加工。3D手型微納機(jī)器人由兩種智能材料組成，頂部pH響應(yīng)模塊遇特定酸堿環(huán)境自動(dòng)開(kāi)合，底部磁驅(qū)動(dòng)模塊則用外部磁場(chǎng)遠(yuǎn)程控制移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證顯示，這款微納機(jī)器人抓取能力出色，成功抓取運(yùn)輸并釋放了直徑約10微米的聚苯乙烯微球，還對(duì)人體腎癌細(xì)胞進(jìn)行了精準(zhǔn)操作。在磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，機(jī)器人最高速度達(dá)每秒65.56微米，能靈活越過(guò)障礙。其可靠性也超出預(yù)期，經(jīng)15次以上酸—堿環(huán)境循環(huán)刺激后，“手掌”仍能穩(wěn)定響應(yīng)。

3D手型微納機(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，為微觀世界精準(zhǔn)操控打開(kāi)新大門。未來(lái)，它有望成為醫(yī)生的“隱形助手”，在人體內(nèi)攜帶藥物穿梭，執(zhí)行精密任務(wù)。同時(shí)，在環(huán)境修復(fù)、微納制造等領(lǐng)域，微納機(jī)器人也將發(fā)揮重要作用，如抓取、富集并移除水環(huán)境中的特定污染物，作為微觀尺度上可編程的組裝工具等。


審核編輯 黃宇