在好莱坞电影《奇妙旅程》中，为了救治病人，外科医生可以缩小为原来的100万分之一，进入人体内进行手术。如今，科幻走进现实，随着智能时代的到来，能在微观尺度执行任务的微纳机器人因其在药物输送、微创手术、医疗诊断、治疗等方面广泛应用而受到关注。

微纳操作，是指在微米/纳米尺度上制造具有特定功能器件的技术。微纳操作机器人，是利用微纳操作技术制造而成，能够运行在微纳米尺度上，具有执行、感知、决策等功能的机器人，也称为微纳机器人。

微纳机器人是集材料、电子、机械、物理、化学、生物、医学等多种技术于一体的高技术、高精密产品。按照驱动方式来划分，微纳机器人可以分为电磁场驱动微纳机器人、静电驱动微纳机器人、压电驱动微纳机器人、超声波驱动微纳机器人、光驱动微纳机器人等。随着科技不断进步，人类探索微观世界的步伐不断加快，采用的设备尺寸不断缩小、精度不断提高、功能要求不断提升，微纳机器人作用越来越重要。微纳机器人可以广泛应用在医学、生物学、仪器、工业、科研等领域。今年，我国的微纳机器人技术不断突破，取得了相当不错的研究成果。

制备酵母微纳生物机器人

3月13日，中国科学院深圳先进技术研究院 医药所纳米医疗与技术研究中心 蔡林涛研究员团队开发了一款“双引擎”、自适应的酵母微纳生物机器人（TBY-robot），通过生物酶与巨噬细胞“引擎”的切换，它能穿透人体多重生理屏障，实现将药物精准递送到远程炎症病灶。相关研究论文日前发表在国际学术期刊《科学·进展》上。

微纳生物机器人是能够将周围环境中的化学能或物理刺激转化为自身动能的小型化智能化生物装置。其具有在现有医疗器械难以企及的微观领域进行自驱运动和导航的能力，有望实现疾病的精准诊疗。

然而，由于人体内存在多重生理屏障，开发能够适应微环境的变化，并将药物精准递送到远程病灶的微纳生物机器人仍然具有挑战性。不仅如此，微纳生物机器人必须具备超高的安全性，才能运用在人体环境中。“我们的研究初衷是开发一款自适应的微纳生物机器人，能够适应体内微环境的变化，从而能够克服多重生理屏障进行远程递药和治疗。”论文共同通讯作者潘宏说。

生物酶驱动的微纳生物机器人以体内的生物相容性底物，如葡萄糖、尿素为燃料，在药物递送领域应用前景广阔。

“其中，酵母微囊是可食用酵母益生菌的细胞壁成分，它是一种天然、中空、多孔可以负载多种纳米药物的微球，可以靶向巨噬细胞，这引起了我们的兴趣。”潘宏介绍，具有炎症趋化性的巨噬细胞也是一种天然的细胞“引擎”。“我们发现酵母微囊经口服后，可以被肠道内的巨噬细胞内吞，而肠道内的葡萄糖浓度梯度提示我们可以利用级联驱动机器人的运动。”潘宏说。

该团队以酵母微囊为活性材料，通过将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶偶联在包裹纳米药物的酵母微囊表面，制备了具有不对称结构的酵母微纳生物机器人。

验证表明，该酵母微纳生物机器人经过口服后，能够利用肠道内天然的葡萄糖浓度梯度穿透黏液屏障，通过肠上皮微褶皱细胞跨过肠上皮屏障，在派尔氏结内自行切换为巨噬细胞引擎，进而利用巨噬细胞的炎症趋化性，经过淋巴循环和血液循环，精准地将药物递送到远程炎症部位。

在血液中“跑得快、停得住”的微纳机器人

日前，由哈尔滨工业大学与哈尔滨医科大学科研人员联手合作开发的一款仿水熊虫医用微纳机器人，初步实现了在静脉血高速流环境中可控运动，并能在静脉血流中驻停时间达36小时以上。相关研究结果日前在线发表于最新一期《科学进展》上。同时，国际著名《自然》杂志以《仿水熊虫爪形结构为游动微纳机器人提供抓地力》为研究亮点，进行了报道和点评。

专家认为，此项成果今后如能完成临床转化，可望显著提高药物靶向递送效率，为降伏胰腺癌、胰腺炎及其他各种肿瘤疾病带来光明前景。专家介绍，常规的药物递送如打针、吃药、静点等，都是药物分子或载体在血液等流体中扩散进行的，这些药物分子或载体随血流等生物流体而扩散，递运效率低下，且毒副反应比较重。有学者对最近30年来的药物传送方式做出了统计，发现输送12小时后，到达目的地的药物尚不到1%。这意味着绝大部分药物已在“邮路”上丢失了。

当前，发展势头正猛的微纳机器人凭借其体积小、质量轻、推重比大、可穿越多道生物屏障阻隔的优势和特点，在生物医学、抗肿瘤靶向用药递送、化验检测等领域已逐渐崭露头角。但如何确保微纳机器人在血流高速冲刷下站稳脚跟及自如驱动？怎样构筑牢固的药物运输“通道”，实现循环系统内靶向释放？这些问题仍是医学界面临的重大挑战。

这种机器人有着水熊虫一样的“爪子”，可显著提升微纳机器人的驱动效率，让机器人“跑得更快”。科研人员利用医学光学相干断层成像技术检测发现，直径20微米的机器人能在20000微米/秒的静脉血流环境中高效运动；为让机器人“停得住”，研究团队还利用多磁场复合调控技术，得以让微纳机器人在生物组织表面长时间停留并释放靶向药物。

目前，微纳机器人还相对小众、年轻。不过，目前手术机器人已越来越常见，不管在实验室还是在医院，现在有包括神经外科、眼部、心血管、胃肠道等领域的手术机器人。手术机器人未来也有四个发展方向：一是会越来越小型化，未必是整个系统的小型化，而是末端执行器的小型化，将是一个趋势。二是越来越灵活化，三是整个系统会越来越智能，最后柔性化也是一个潜在的发展方向。相信未来微纳机器人可以把我国的智慧医疗领域推上更高的平台。

文章来源： 中科院之声，新思界网，中国科普网，中国机器人网