很多科幻電影里都有將微型機(jī)器人植入人體，對人體進(jìn)行控制或者改造的情節(jié)。如今，這種在科幻電影里才能出現(xiàn)的場景已經(jīng)不是天方夜譚！2021年10月，《ACS NANO》刊登了來自合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)研究中心的研究成果：Environmentally AdaptiveShape-MorphingMicrorobots for Localized Cancer CellTreatment。在這一研究中，研究者們利用pH響應(yīng)水凝膠設(shè)計和制作了一種微型結(jié)構(gòu)。這種微型結(jié)構(gòu)被設(shè)計成可愛的魚和螃蟹的形狀，通過改變環(huán)境的pH可以控制魚鰭的收縮和蟹鉗的閉合，本質(zhì)上就是pH調(diào)控的水凝膠膨脹程度的變化。另一方面，通過在水凝膠微型結(jié)構(gòu)修飾磁性材料使其具有了磁感應(yīng)性能，可以利用磁場來驅(qū)動水凝膠微型結(jié)構(gòu)的位置變化。

具體來說，研究者們首先通過一步法4D打印技術(shù)制備水凝膠微型魚結(jié)構(gòu)，在pH小于9時，水凝膠膨脹程度減小，使魚鰭收縮，在微觀結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為水凝膠空隙由500nm減小為200nm。類似的，水凝膠微型螃蟹結(jié)構(gòu)被設(shè)計成了蟹鉗的收縮現(xiàn)象。

之后，為了使這種微型結(jié)構(gòu)具備磁感應(yīng)能力，研究者們利用SiO2包被的Fe3O4納米顆粒修飾了水凝膠微型結(jié)構(gòu)。通過控制pH，這種水凝膠微型螃蟹結(jié)構(gòu)的蟹鉗可以由2微米張開到14微米。在pH大于9時，貨物進(jìn)入張開的蟹鉗中；調(diào)節(jié)pH小于9，蟹鉗夾住（裝載）貨物，在磁場中移動到目的位置后，調(diào)節(jié)pH張開蟹鉗釋放貨物，就完成了整個過程。

為了在生理環(huán)境中應(yīng)用，研究者們設(shè)計了以pH7.4為臨界值的水凝膠微型小魚。微型小魚（嘴）裝載阿霉素（DOX）后加入PBS，水凝膠發(fā)生膨脹封裝DOX，運(yùn)動到目的位置后，調(diào)節(jié)pH小于7.4，水凝膠收縮張開封口釋放DOX，殺死Hela細(xì)胞（一種癌細(xì)胞）。這種微型小魚的運(yùn)動軌跡由外加磁場控制。與對照相比，裝載DOX并且順利釋放DOX的微型小魚附近的Hela細(xì)胞顯著被殺死（死細(xì)胞染色呈紅色）。

此外，研究者們還在人造血管的環(huán)境中驗證了水凝膠微型小魚的功能。使用光刻和PDMS模塑制作人造血管，并用磁驅(qū)微型小魚對局部的HeLa細(xì)胞進(jìn)行處理。與對照相比，微型小魚局部的DOX濃度隨時間越來越高，對Hela細(xì)胞的殺傷也越來越顯著。

總結(jié)：隨環(huán)境變形的磁驅(qū)水凝膠微納米結(jié)構(gòu)（納米機(jī)器人）實現(xiàn)了微觀上局部藥物(DOX)包封和可控釋放。不僅如此，它們還可以改造用以操作或者保護(hù)各種分子，比如容易被破壞的藥物分子和多肽藥物等。因此，微納米機(jī)器人技術(shù)在腫瘤治療、干細(xì)胞移植、活體生物傳感等方面有著很大的研究潛力。