诺贝尔奖得主理论物理学家理查德·费曼曾在1959年首先提出使用微型机器人看病的主意，用他的话说，便是将“外科医生”吞下。跟着微纳米加工技能的开展，加工这些能够被吞下的“外科医生”成为实际，人们一般把这些“外科医生”称为人工微纳机器人。受自然界微生物自在运动启示，人工微纳机器人近些年得到了广泛的重视与研讨，经过电场、磁场、光场等手法能够轻松又有用地驱动这些微纳机器人，在无创手术、靶向药物运送和生物传感检测等范畴具有广泛的使用。在多种驱动方案中，磁场驱动能够无线式准确操作微纳机器人，改动外部磁场梯度和方向，会对微纳机器人施加力和力矩，从而使其沿着希望的轨道运动。
近期，我国科学技能大学工程科学学院微纳米工程实验室在使用调制结构光场高效加工微纳机器人及其细胞移植、靶向药物运送方面获得重要发展。他们经过将调制的涡旋光束进行单次快速曝光或三维空间扫描加工出泳动性能与装载货品才能更强的空心管形和锥形螺旋结构，并使用该结构进行神经干细胞的体外移植、靶向药物运送医治肿瘤细胞。相关作用别离以“Conical Hollow Microhelices with Superior Swimming Capabilities for Targeted Cargo Delivery”和“Targeted Single-Cell Therapeutics with Magnetic Tubular Micromotor by One-Step Exposure of Structured Femtosecond Optical Vortices”为题宣布在Advanced Materials和Advanced Functional Materials [Adv. Mater., 31, 1808226, 2019; Adv. Funct. Mater., 29, 1905745, 2019]。
图1 调制三维涡旋光场加工空心管状与锥形螺旋结构
在上述作业中，研讨人员规划具有特别相位信息的光场全息图，并将其加载于空间光调制器面板上，调制出的三维涡旋光场可用于高效加工空心管状和锥形螺旋结构，比较于传统的激光直写加工（DLW），光场加工速度最快提高了600倍。除此之外，使用该办法也能够灵敏可控地加工出不同参数的管状与螺旋结构，大幅度的提升了杂乱三维结构的加工才能。
图2 锥形空心螺旋加工与磁场驱动
其次，使用如图2所示的锥形空心螺旋结构，并在其外表参加磁性呼应资料。选用自行建立的三维亥姆霍兹线圈操控办理体系，调理输入电流的相位信息在三维空间内构成旋转磁场，磁场方向的改动使磁性结构遭到磁力矩作用，从而完结有用驱动。经比照发现锥形螺旋比较于传统的直螺旋结构具有更快的行进速度，并有用按捺了横向漂移运动。
图3 磁场准确驱动空心锥形螺旋与管状结构
除此之外，使用磁场梯度和方向的改变能够有用完结微结构的准确导向，空心锥形螺旋在旋转磁场下完结各种杂乱图画化轨道运动（如图3所示），空心管状结构在梯度磁场下完结SiO2微球的装载、运送、摆放与开释。
图4 空心微螺旋与管状结构别离用于神经干细胞移植与靶向药物运送医治肿瘤
最终，研讨人员使用锥形空心螺旋结构内部与外部别离装载纳米及微米级货品，并在体外完结了神经干细胞的移植；使用管装微结构装载运送抗癌药物（DOX）对癌细胞（Hela）进行有用医治，并经过荧光验证医治作用。这些作业提出了简略安稳的空心管状、锥形螺旋微电机加工操作技能，在细胞移植、体内药物运送、无创手术等范畴具有重要使用远景，为相关生物医疗范畴供给了新的技能手法。
工程科学学院博士生辛晨、杨亮为论文的榜首作者，吴东教授和胡衍雷副教授为论文的一起通讯作者。这项作业得到了国家自然科学基金严重仪器、我国科学院和科技部要点研制方案的支撑。
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