很多科幻电影里都有将微型机器人植入人体，对人体进行控制或者改造的情节。如今，这种在科幻电影里才能出现的场景已经不是天方夜谭！2021年10月，《ACS NANO》最新刊登了来自合肥微尺度物质科学国家研究中心的最新研究成果：Environmentally AdaptiveShape-MorphingMicrorobots for Localized Cancer CellTreatment。在这一研究中，研究者们利用pH响应水凝胶设计和制作了一种微型结构。这种微型结构被设计成可爱的鱼和螃蟹的形状，通过改变环境的pH可以控制鱼鳍的收缩和蟹钳的闭合，本质上就是pH调控的水凝胶膨胀程度的变化。另一方面，通过在水凝胶微型结构修饰磁性材料使其具有了磁感应性能，可以利用磁场来驱动水凝胶微型结构的位置变化。

 

 

具体来说，研究者们首先通过一步法4D打印技术制备水凝胶微型鱼结构，在pH小于9时，水凝胶膨胀程度减小，使鱼鳍收缩，在微观结构上表现为水凝胶空隙由500nm减小为200nm。类似的，水凝胶微型螃蟹结构被设计成了蟹钳的收缩现象。

 

水凝胶微型鱼、螃蟹结构

之后，为了使这种微型结构具备磁感应能力，研究者们利用SiO2包被的Fe3O4纳米颗粒修饰了水凝胶微型结构。通过控制pH，这种水凝胶微型螃蟹结构的蟹钳可以由2微米张开到14微米。在pH大于9时，货物进入张开的蟹钳中；调节pH小于9，蟹钳夹住（装载）货物，在磁场中移动到目的位置后，调节pH张开蟹钳释放货物，就完成了整个过程。

水凝胶微型螃蟹结构及其运送货物的过程 为了在生理环境中应用，研究者们设计了以pH7.4为临界值的水凝胶微型小鱼。微型小鱼（嘴）装载阿霉素（DOX）后加入PBS，水凝胶发生膨胀封装DOX，运动到目的位置后，调节pH小于7.4，水凝胶收缩张开封口释放DOX，杀死Hela细胞（一种癌细胞）。这种微型小鱼的运动轨迹由外加磁场控制。与对照相比，装载DOX并且顺利释放DOX的微型小鱼附近的Hela细胞明显被杀死（死细胞染色呈红色）。

磁驱水凝胶微型小鱼对DOX的包封、运载和可控释放 此外，研究者们还在人造血管的环境中验证了水凝胶微型小鱼的功能。使用光刻和PDMS模塑制作人造血管，并用磁驱微型小鱼对局部的HeLa细胞进行处理。与对照相比，微型小鱼局部的DOX浓度随时间越来越高，对Hela细胞的杀伤也越来越明显。

总结：随环境变形的磁驱水凝胶微纳米结构（纳米机器人）实现了微观上局部药物(DOX)包封和可控释放。不仅如此，它们还可以改造用以操作或者保护各种分子，比如容易被破坏的药物分子和多肽药物等。因此，微纳米机器人技术在肿瘤治疗、干细胞移植、活体生物传感等方面有着巨大的研究潜力。

参考资料：

[1]https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06651