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日前，中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室团队，利用调制结构光场高效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微纳机器人，并利用该结构的微纳机器人进行神经干细胞的体外移植、靶向药物运输治疗肿瘤细胞。相关成果日前发表在《先进材料》等期刊上。
研究人员设计了具有特殊相位信息的光场全息图，并将其加载于空间光调制器面板上，调制出可用于高效加工空心管状和锥形螺旋结构的三维涡旋光场。与传统的激光直写加工相比，三维涡旋光场加工速度最快可提高600倍，还能灵活可控地加工出不同参数的管状与螺旋结构，大大提高了复杂三维结构的加工能力。
研究团队通过在锥形空心螺旋结构的微纳机器人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。与传统的直螺旋结构相比，锥形螺旋具有更快的前进速度，并有效抑制了横向漂移运动。此外，利用磁场梯度和方向的变化可以有效完成微结构的精确导向。
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对癌细胞进行有效治疗，并通过荧光验证治疗效果。该成果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。
