4D打印微机器人：磁驱动、衍射光学传感与pH值适应性变形的协同集成

《Advanced Functional Materials》：4D-Printed Microrobots with Synergistic Integration of Magnetic Actuation, Diffractive Optical Sensing, and pH-Adaptive Morphing

软微机器人通过4D打印技术整合磁响应、pH敏感驱动与光学传感，实现药物释放和环境监测协同功能，验证了其在胃癌细胞治疗中的精准控制能力。

　　

摘要

软体微机器人在生物医学应用中展现出显著的优势，它们在狭小空间内的卓越机动性和环境适应性为精准治疗提供了创新解决方案。然而，现有系统由于感知模块与执行模块的物理分离而受到限制，导致集成度和运行效率不足，从而阻碍了实际应用。为克服这一挑战，本文提出了一种微纳4D打印设计范式。通过多响应材料的空间编程和仿生微结构工程，制造出一种具有协同感知-执行能力的微机器人系统。该系统结合了梯度磁场响应复合材料和pH敏感水凝胶，开发出一种150微米级的仿生鱼形微机器人，集成了三种功能：磁驱动、pH触发关节运动以及衍射光学传感。具体而言，其尾部关节可通过pH介导的机械变形实现多柔比星释放动力学的适应性调节，而头部安装的衍射光谱传感器可动态监测病理微环境的pH值（5.0–6.5）。概念验证实验表明，该系统在胃癌细胞治疗中具备精确的药物释放控制和环境监测能力。这项工作为下一代智能治疗微机器人提供了一种4D打印设计方法，使其具备环境感知、智能响应和精准执行的能力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。