变形螺旋微型游泳器可以彻底改变生物医学应用

具有变形能力和自适应运动的人工螺旋微型游泳器在精准医疗和无创手术中具有广阔的前景。然而，当前的制造方法缓慢且有限。

一种新的旋转全息处理策略可以快速生产不同尺寸和形态的刺激响应螺旋微型游泳器。它们可以在翻滚和螺旋运动之间动态转换。这将使他们能够穿越复杂的地形并实现有针对性的药物输送。这为各种精准治疗和生物医学应用带来了巨大的希望。

细菌和精子等微生物可以进行适应性形状变形，以优化其在环境中的运动机制，从而使它们能够穿越复杂的障碍并提高生存率。受这种自主行为的启发，人工可重构微型机器人被提出来实现类似的适应能力。

螺旋微型游泳器因其独特的推进机制而在生物医学应用中特别有前景。在旋转磁场下，螺旋微型游泳器可以在翻滚和螺旋运动之间动态转换，使它们能够在复杂的地形中航行并实现靶向药物输送。

在《光：先进制造》杂志上发表的一篇新论文中，中国科学技术大学李嘉文教授领导的团队开发出了制造非常小、尺寸在微米范围内的螺旋微型游泳器的新方法。这很重要，因为许多生物结构，例如细胞、毛细血管和细胞表面的皱纹，也非常小。

微型螺旋微型游泳器是药物输送和靶向治疗等生物医学应用的有前途的工具。然而，在这些微型游泳器广泛应用于临床实践之前，仍需要解决一些挑战。

一项挑战是微型螺旋微型游泳器的制造。飞秒直接激光写入(fs-DLW)是一种用于制造高分辨率复杂3D结构的强大工具，但它是一个缓慢且低效的过程。这使得快速生产大量微型游泳器变得困难。

变形螺旋微型游泳器的自适应运动。图片来源：轻型：先进制造(2023)。DOI：10.37188/lam.2023.029

另一个挑战是微型游泳者在复杂环境中的自适应运动。在体内，不同组织的pH值不同，并且存在许多微通道和障碍。微型游泳者需要能够感知环境并相应地调整其运动以到达目标目的地。

研究人员正在应对这些挑战。一种方法是开发比fs-DLW更高效、更可扩展的新制造方法。另一种方法是设计对环境刺激更敏感的微型游泳器，并能相应地调整其运动。

在这项研究中，研究人员开发了一种制造pH响应螺旋水凝胶微型游泳器的新方法。这种方法称为旋转全息处理，比传统方法快得多。它可以在不到一秒的时间内生产出微型游泳器，比逐点扫描策略快大约一百倍。

微型游泳器由水凝胶制成，水凝胶是一种可以吸水的材料。这使得微型游泳器能够对pH值变化做出反应。当周围环境的pH值发生变化时，微型游泳器会改变形状。这种形状的变化使得微型游泳者能够以不同的方式移动。

在恒定的旋转磁场下，微型游泳器可以翻滚或螺旋状。运动类型取决于环境的pH值。在低pH环境中，微型游泳器会收缩并翻滚。在高pH环境中，微型游泳器会膨胀并呈螺旋形。

研究人员在各种条件下评估了微型游泳器，发现它们可以穿越复杂的地形并将药物输送到目标细胞。这表明旋转全息处理是制造生物医学应用微型游泳器的一种有前途的方法。

这项研究表明，旋转全息处理是一种有前途的制造生物医学应用微型游泳器的新方法。微型游泳器速度快、可重新配置，并且能够在复杂的环境中航行。这使它们成为靶向药物输送和细胞治疗任务的理想选择。