中国科学院深圳先进院重大科研成果发表 超灵敏软体微米...

睡不醒的芙

深圳新闻网2024年1月7日讯（深圳商报首席记者 陈小慧）把弹簧结构运用到微观世界中，开发出具备弹性结构的微纳器件，是科学家们长久以来的一大构想。1月4日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所副研究员徐海峰团队的最新研究成果发表于《自然—纳米技术》。研究团队运用首次构建的弹性模量维度4D纳米弹性体光刻策略，制备了迄今最灵敏的人造弹簧系统，探测灵敏度达到500飞牛，实现了皮牛力下微米级的形变，并基于此开发出一系列具有超灵敏度的软体微米机器人，实现了高精度细胞力学研究及细胞的无影响操纵，有望为显微外科手术和靶向药物输送等精准医疗领域提供新方法。

在微观世界中，一些细胞和微生物使用生物弹簧来执行力感知、捕食、驱动等动作。如果能借鉴微生物和细胞的超灵敏生物力学特性，研发出超灵敏的仿生弹性器件，将有助于进行更为精准的细胞力学表征，有望运用在精准医疗、药物递送、科学研究等领域。

“细胞力是细胞在执行正常生理功能时所产生的作用力，包括细胞的黏附力、迁移力、收缩力、伸展力等，在细胞生长、发育、分化、运动、损伤修复等过程中发挥重要作用。感知和探测细胞力，是超灵敏仿生弹性器件实现相关功能的重要一环。器件能探测更低的细胞力，则说明其灵敏度越高。”徐海峰介绍。

传统用于测算和感知细胞力学表征的原子力显微镜表征方法、流体力学计算等方法都极容易受到干扰，且数据差异很大，无法实现细胞力学的精准表征。

对此，研究团队构想了一种微米级别的弹性机器人用以探测更低的细胞力，并自主开发了超弹磁性光刻胶，构建了弹性模量维度的4D纳米弹性体光刻策略，制备了人造弹簧系统——皮牛弹簧。

“该系统具有纳米级的特征尺寸，它的力感知的灵敏度可以达到500飞牛，这相当于单个细胞重力的一千分之一，并且其形变精度超过1微米每皮牛。”徐海峰说。

这一新型皮牛弹簧支持高度自由的4D光刻加工，可以被定制化加工成任意形状，同时完美兼容磁性光刻材料，可用于制备各类软体微米机器人和柔性微米器件，如用于测量精子驱动力的微米测力计、用于细胞操纵的微米镊子以及进行自驱动的微米企鹅和微米海龟等机器。