诺贝尔奖得主理论物理学家理查德·费曼曾在1959年率先提出利用微型应用。在多种驱动方案中，磁场驱动可以无线式精确操纵微纳机器人，改变外部磁场梯度和方向，会对微纳机器人施加力和力矩，进而使其沿着期望的轨迹运动。 　　近期，中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室在利用调制结构光场高效加工微纳机器人及其细胞移植、靶向药物运输方面取得重要进展。他们通过将调制的涡旋光束进行单次快速曝光或三维空间扫描加工出泳动性能与装载货物能力更强的空心管形和锥形螺旋结构，并利用该结构进行神经干细胞的体外移植、靶向药物运输治疗肿瘤细胞。

相关成果分别以“Conical Hollow Microhelices with Superior Swimming Capabilities for Targeted Cargo Delivery”和“Targeted Single-Cell Therapeutics with Magnetic Tubular Micromotor by One-Step Exposure of Structured Femtosecond Optical Vortices”为题发表在Advanced Materials和Advanced Functional Materials [Adv. Mater., 31, 1808226, 2019; Adv. Funct. Mater., 29, 1905745, 2019]。
图2 锥形空心螺旋加工与磁场驱动 　　其次，利用如图2所示的锥形空心螺旋结构，并在其表面加入磁性响应材料。采用自行搭建的三维亥姆霍兹线圈控制系统，调节输入电流的相位信息在三维空间内形成旋转磁场，磁场方向的改变使磁性结构受到磁力矩作用，进而完成有效驱动。经对比发现锥形螺旋相比于传统的直螺旋结构具有更快的前进速度，并有效抑制了横向漂移运动。
图4 空心微螺旋与管状结构分别用于神经干细胞移植与靶向药物运输治疗肿瘤 　　最后，研究人员利用锥形空心螺旋结构内部与外部分别装载纳米及微米级货物，并在体外完成了神经干细胞的移植；利用管装微结构装载运输抗癌药物（DOX）对癌细胞（Hela）进行有效治疗，并通过荧光验证治疗效果。这些工作提出了简单稳定的空心管状、锥形螺旋微电机加工操纵技术，在细胞移植、体内药物运输、无创手术等领域具有重要应用前景，为相关生物医疗领域提供了新的技术手段。 　　工程科学学院博士生辛晨、杨亮为论文的第一作者，吴东教授和胡衍雷副教授为论文的共同通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金重大仪器、中国科学院和科技部重点研发计划的支持。 　　论文链接：