在显微镜下，一滴水可以奇妙得像一个城市。最近，这个微观“城市”里迎来了一名“快递员”——bet36体育投注:理化技术研究所最新研发的3D微纳机器人。它的尺寸仅为40微米左右，比头发丝的直径还要小，却能像机械手一样完成抓取、运输和释放颗粒、细胞的精密任务，在微观世界实现“手到擒来”，为未来精准医疗开辟了新路径。

微观“托举”的灵感

微纳机器人是什么？它们是工作在微米至纳米尺度的“智能微型机器”，可完成运动、旋转、抓取和释放微小颗粒或细胞等任务，使得人类具备在微观世界“动手”的能力。在精准医疗、环境修复、微纳制造等领域，微纳机器人具有广阔前景。

“我们的出发点，是想要克服当前微纳机器人的局限。”bet36体育投注:理化技术研究所仿生智能界面科学中心研究员郑美玲介绍，目前微纳机器人多采用单一材料体系，功能难以扩展，在复杂环境中，要实现多刺激协同控制、完成多步操作，是科研界面临的挑战。

微纳机器人在抓取细胞。受访者供图

基于此，团队提出了一个新思路：采用多材料多模块加工微纳机器人。

谈到为什么选择“手”的造型，郑美玲说：“生活里，我们常用手抓取物体，所以在设计时，首先想到了仿手型的微纳机器人。不仅如此，这只微型‘手’采取双手向上托举的姿态，手掌部分能够灵活开合。相比于封闭的结构，手指的开放造型更便于观察目标颗粒，也能在释放时更加灵活。”

如何做出这么精巧的“手”？科研人员表示，依靠的是“微观画笔”——飞秒激光直写技术。

从原理上讲，飞秒激光直写技术采用的是极短的“飞秒激光脉冲”（1飞秒等于一千万亿分之一秒），激光束被紧聚焦到材料内部，基于非线性光学效应，光与物质相互作用仅仅发生在光子数密度极高的焦点中心区域，从而突破光学衍射极限，实现纳米高精度，比头发丝细千倍。

因此，科研人员像画图一样，用激光在不同材料上“画”出多种微纳结构，让每个部分具备不同功能，最后构建成一只完整的3D手型微纳机器人。

“快递员”3D手型微纳机器人由两种智能材料组成，顶部是pH响应模块，像个“感应夹子”，遇到特定酸碱环境就会自动开合；底部是磁驱动模块，像个“微型马达”，能用外部磁场远程控制它移动、旋转甚至翻转。

成为医生的“隐形助手”

这个“快递员”是如何工作的呢？科研人员介绍，先把它置于液体中，当周围环境的pH值发生变化时（如变酸或者变碱），微纳机器人的“手掌”就会像花朵一样张开或闭合。这就像我们的手遇到热水会自动缩回来一样，是一种聪明的应激反应。

微纳机器人运输物体示意图。受访者供图

“快递员”如何进行配送？在磁场引导下，它能够灵活避开“障碍物”，精准定位到目标颗粒、细胞。当检测到酸性环境时，“手掌”自动合拢完成抓取。随后，翻转身体调整姿态，安全送达指定区域，并在碱性环境下完成释放颗粒、细胞的动作。

“我们对它的性能进行了多轮实验验证。”郑美玲说，“首先是抓取能力。实验中，机器人不仅成功抓取运输并释放了直径约10微米的聚苯乙烯（PS）微球；而且还成功对人体肾癌细胞（786-O细胞）进行了精准操作。在运动性能方面，磁场驱动下，机器人可以在液体中灵活移动，最高速度达到每秒65.56微米，并能实现上下、左右的平面移动，甚至完成翻转和滚动，轻松越过障碍。”

此外，它的可靠性也超出预期。科研人员让机器人反复经历酸—碱环境循环刺激，“手掌”部分在超过15次开合后仍能稳定响应，没有出现结构疲劳或功能衰退。

从感应到行动、从抓取到释放，3D手型微纳机器人解决了传统微纳机器人单响应、单功能的技术限制，为微观世界的精准操控打开了新大门。

团队表示，未来应用中，这样的微纳机器人很有潜力。我们也许能看到这些微观“快递员”在各个角落执行精密的任务，如在人体内携带药物穿梭，成为医生的“隐形助手”。

郑美玲说：“微纳机器人可作为单细胞水平的微操作平台，为细胞分选、细胞注入、细胞力学研究等提供可能。同时，在靶向药物和微创手术方面也有较好的应用前景，例如清除血栓等。”

除了医学领域，微纳机器人还可以拓展至环境修复、微纳制造等领域，例如用于抓取、富集并移除水环境中的特定污染物（如微塑料、重金属颗粒），作为微观尺度上可编程的组装工具，用于搬运和组装微纳元器件等。同时，还可以作为研究微观世界力学、流体力学的理想平台，为基础科学研究助力。