近日，辛洪宝教授团队在光控软体生物微机器人领域取得新进展。团队利用光学方法将自然界中广泛存在的一种微藻（纤细裸藻）构建成具有高精准导航、可形变和高环境适应性的软体生物微机器人，该微机器人可以在肠道等狭窄且多变的复杂微环境中执行多种生物医学任务，例如精准药物递送、病变细胞移除、光动力治疗等。研究成果以“Light-controlled soft bio-microrobot” 为题发表在光学领域国际顶级学术期刊《Light: Science & Applications》。纳米光子学研究院博士生熊建云和李醒为论文共同第一作者，辛洪宝教授为论文通讯作者。该工作得到了李宝军教授的大力支持。

       微纳机器人因其相较于传统工具具有体积小、可控性高、能够精确导航的特点，被广泛用于微环境中执行复杂的生物医学任务。然而，很多生物医学环境（例如血管、肠道微环境）是形貌多变的，传统的刚性微机器人由于无法发生形变，因此难以作用于这些复杂的微环境中。为了在这些形貌多变的微环境执行多功能精准微操作任务，对具有高度可控性、可变形性和高环境适应性的多功能软体微机器人进行研制具有重要意义。

       鉴于此，辛洪宝教授团队提出了光控软体生物微机器人的方案，选择自然界中广泛存在的微藻（纤细裸藻）作为构建软体微机器人的基本材料，这种裸藻具有良好的生物兼容性和环境适应性。由于纤细裸藻的光敏感蛋白对蓝光极为敏感，团队使用波长为450 nm的蓝光，通过激活光敏感蛋白和钙离子通道，进一步调控鞭毛运动方式和表皮横模滑动，实现了对纤细裸藻的精准导航和形变控制，进一步将其构建成能执行多种生物医学任务的软体生物微机器人。凭借微机器人的可变形性和对不同环境的高适应性特点，成功实现了在复杂微流通道、肠道黏膜等不同狭窄多变的微环境中执行靶向药物输送和选择性移除病变细胞的精准生物医学功能。更为重要的是，由于纤细裸藻本身富含叶绿素，构建的微机器人在光照下可以进行光合作用产氧，并且在670nm波长激光照射下。叶绿素可以被还原为叶绿色衍生物，形成天然光敏剂，使得该微机器人能够在目标区域对癌细胞进行精准光动力治疗。这种光控软体微机器人为多功能生物医学精准微操作提供了一种新的生物微机器人工具，在狭窄且复杂多变的微环境中执行多功能生物医学任务领域具有极大的应用前景。

       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-024-01405-5

光控软体生物微机器人的工作机制及执行多重生物医学任务的示意图

图：熊建云

文：辛洪宝

校对：杨嘉琳

初审：肖艳芳

复审：孙玉环

终审发布：黄睿