微型机器人新进展，微纳3D打印加速破解制造难题 - 综合要闻

微型机器人（Microbotics）是一种尺寸在毫米至微米级的智能装置，能够将外界能量转化成主动运动的微小型器件。随着生物医疗、材料科学、微机电系统、微纳米技术等高精尖技术的融合发展，关于微型和纳米机器人的新兴科学逐步取得突破。从概念设计到模型验证，其在生物医学和工业领域彰显了广阔应用前景。例如在精准医疗，可用于人体血管、肠道等狭窄环境，执行靶向药物递送、血栓清除、组织修复等高难度任务。在工业领域，可用于复杂环境监测，以及精密部件的组装，有效提高作业效率。此外，还可用于高端制造、灾难救援、军事等行业。

微型机器人具有高度集成、小型化、性能稳定、精准操控等特性，微纳3D打印在高精度、高稳定性、材料兼容、快速成型等兼具技术优势，正在成为实现微型机器人构建的重要支撑。摩方精密深耕微纳3D打印技术研发与装备制造，凭借创新的面投影微立体光刻（PμSL）技术，将3D打印精度提升至2μm（相当于人类头发丝直径的1/40）兼具高标准公差控制力，为微型机器人制造提供了一种高效能生产制造工具，助力众多科研团队突破“尺寸极限”，制造出多功能集成、轻量化、高强度的微型机器人结构。

01磁控微型机器人，用于胆管内靶向细胞递送

在已开发的微型机器人中，磁控微型机器人因对生物组织穿透性强、无危害等特点，在细胞靶向递送备受关注。但是，这类微型机器人的细胞功能和磁控功能存在一个不容忽视的矛盾，如为追求强磁控能力而添加大量磁性材料，则会导致细胞活性的衰退，严重影响细胞的黏附、释放和分化行为，甚至引起生物毒性。但为了优化细胞功能而降低磁性物质含量，微型机器人则难以在复杂动态的生物环境中进行驱动导航。在此背景下，香港中文大学的张立教授课题组和哈尔滨工业大学（深圳）的金东东副教授共同提出了一种微型机器人的多功能模块化设计策略，解决了其驱动性能和细胞活性无法兼容的难题，并成功用于胆管内干细胞的靶向递送。

研究采用摩方精密微纳3D打印系统：nanoArch?S130（光学精度：2μm），实现合成水凝胶材料打印，成功制备了微型机器人关键模块。通过精巧地构建模块的相对尺寸，并进一步调控环境pH值和施加外界磁场，实现稳定的机械互锁，也可以在粘性流动的环境中完成按需的快速拆卸，该项研究这为模块化微型机器人靶向递送细胞奠定了基础。

论文链接： https://doi.org/10.1126/sciadv.adj0883

02 血管内的“清道夫”，摩方微纳3D打印技术如何助力血栓精准治疗

血栓就像血管中的“路障”，可能引发心梗、中风等致命风险。传统溶栓药物效率低、易引发出血，而介入导管操作又面临损伤血管的难题。香港中文大学张立教授课题组王乾乾博士、杜星洲博士、金东东博士提出一种基于小尺度机器人的血栓定位及加速溶栓方案，并在《ACS Nano》上发表的突破性成果给出了新答案：他们利用摩方精密高精度微纳3D打印设备，制造出直径仅2.15毫米的螺旋磁性机器人。这种比蚂蚁还小的装置，内部精密设计了磁性材料嵌入空间，通过外部磁场驱动，可在血流中逆流而上，像“微型潜艇”般自主导航至血栓部位。

更令人惊叹的是，机器人旋转时产生的流体剪切力能加速溶栓药物扩散，配合超声实时定位技术，其溶栓效率比传统方法提升4倍，且避免血栓碎片残留，从而降低二次堵塞的风险。这项技术未来或可为心梗、中风等血管疾病提供非侵入式治疗新方案，有望大幅降低治疗难度、缩短治疗时间，为中风患者争取黄金抢救时间，并加快术后恢复，让更多患者受益。

论文链接： https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c07830

03 光纤内窥机器人，体内介入诊疗新方案

小型连续体机器人具备进入狭窄腔体的能力、微创和低感染风险等优势，可用于体内介入诊断和治疗。但同时具备小轮廓、精确转向和可视化治疗的三重特性，对于微型机器人的构建仍是挑战。

近期，香港科技大学（HKUST）工程学院申亚京教授研究团队开发了一种用于介入诊断和治疗的磁驱光纤连续体机器人，展示了高精度控制和内窥下多功能生物医学操作能力。该研究以题为“Sub-millimeter fiberscopic robot with integrated maneuvering, imaging, and biomedical operation abilities”发表在顶级综合学科期刊《Nature Communications》。

为了解决小轮廓、精确转向和可视化治疗所存在的“不可能三角”，该研究提出了一种基于光纤的连续体机器人，其具有亚毫米级轮廓，可以执行高精度运动并在原位进行多功能操作，能够轻松介入体内一系列受约束的通道环境，例如肺部末端支气管区域。实验所需模型采用集成设计和小型制造方法，摩方精密微纳3D打印系统：nanoArch? S140（光学精度：10μm）被选用于构建机器人前端探头的亚毫米空心骨架，有效帮助实现精确控制探头的运动。

该研究开发了一种亚毫米纤维内窥机器人，成功克服了小轮廓、高精度控制和功能操作之间的明显冲突。为了实现所需元件高精度、小轮廓、灵活性特点，该研究利用摩方精密微纳3D打印技术制造探头尖端的骨架。该成果有望为临床手术机器人的发展提供关键的解决方案，旨在实现对身体内部受限区域的早期诊断和治疗，从而进一步提升其在生物医学应用领域的强大潜力。

论文链接： https://doi.org/10.1038/s41467-024-55199-6

在上述关于微型机器人的研究中，微纳3D打印展现出精巧的“毫米级雕琢”能力，兼具多元的材料兼容性，满足一体成型微型复杂结构构建需求，为科研机构提供从模型设计、工艺开发到实验论证的解决方案。从助力顶刊研发成果，到临床医疗的落地转化，微纳3D打印技术正在不断助推各行业拓展科技的边界。当机器人小到可以穿越人体最细微的血管时，人类对抗疾病的方式将彻底告别大开大合，进入“微创无痕”的新纪元。来自摩方精密的微纳3D打印技术，也在不断攻克精度难题，正在重塑尖端制造的新生态。