在生物医学与微纳操控领域，微纳机器人正日益成为早期诊断和精准治疗的关键工具。已报道的微纳机器人存在材料体系单一、功能局限和多刺激协同控制难等问题，限制了其在复杂任务中的多功能集成与应用潜力。飞秒激光直写加工技术是一种高精度的微纳加工技术，能够制备多材料多模块的3D仿手型微纳机器人，实现对单颗粒和细胞的抓取、运输与释放。

中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室郑美玲研究员团队，近期在3D微纳机器人的制备与应用方面取得新进展。该团队提出利用飞秒激光直写加工技术制备多材料多模块的3D仿手型微纳机器人，实现对单颗粒和细胞的抓取、运输与释放。相关研究成果发表在International Journal of Extreme Manufacturing(《极端制造》）期刊上。该论文的通讯作者是郑美玲研究员和金峰教授，第一作者为2022级博士研究生章剑苗。

研究人员提出采用飞秒激光直写技术制备集pH响应抓取模块与磁响应运输模块于一体的3D仿手型微纳机器人，突破传统单材料微纳机器人功能单一的局限。如图1所示，该微纳机器人顶部的pH抓取模块与底部的磁驱动模块能够独立响应刺激，完成抓取、移动、翻转等空间运动。

研究人员利用飞秒激光分步直写多种材料，赋予不同结构运动能力。并且，通过设计激光加工路径，动态调整不同区域的pH响应能力，实现对目标物体的最优抓取。进一步，作者探究了该微纳机器人的双模块协同控制，手型微纳机器人在pH和磁场的双重刺激下，实现了单颗粒和单细胞的精准抓取与3D导航协同控制。

该研究通过创新性的多材料集成与模块化设计，成功制备了兼具pH响应环境感知与磁驱动精准导航的3D微纳机器人，有效解决了传统微纳机器人单响应、单功能的技术局限，为复杂生物环境下的精准微操作提供了新策略，所制备的微纳机器人有望应用于微操控、生物医疗等领域。相关研究工作得到科技部激光制造与增材制造重点专项、国家自然科学面上基金、中国科学院国际伙伴计划等项目的大力支持。

图1 飞秒激光直写多材料多模块手型微纳机器人

图2 3D仿手型微纳机器人pH响应性模块设计与响应测试

图3 3D仿手型微纳机器人定向运输单颗粒和786-O细胞

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-7990/ae0666

DOI 10.1088/2631-7990/ae0666

期刊介绍：International Journal of Extreme Manufacturing(《极端制造》）致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果，于2019年创刊，陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。此期刊属于JCR Q1区期刊，最新影响因子达21.3，位列工程/制造学科领域第一。同时，它处于中国科学院期刊分区工程技术1区，TOP期刊，并入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。