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微型機(jī)器人正將人類與微觀世界“直接互動(dòng)”的夢(mèng)想一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。德國(guó)維爾茨堡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研制出一種由光驅(qū)動(dòng)的納米機(jī)器人，其尺寸僅為人類頭發(fā)直徑的約五十分之一，能夠在水環(huán)境中對(duì)細(xì)菌等微小生物進(jìn)行精準(zhǔn)捕獲、搬運(yùn)和釋放。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。未來(lái)，這類納米機(jī)器人有望在微生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)以及微尺度精準(zhǔn)操控等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

在微觀尺度下，對(duì)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)菌等生物對(duì)象進(jìn)行可控操作一直是科研難題。此次研究展示，這些被稱為“微觀清潔工”的納米機(jī)器人，已具備在實(shí)驗(yàn)室條件下收集并重新分布細(xì)菌的能力，為微觀操控提供了新路徑。

此前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出利用單個(gè)光子的反沖驅(qū)動(dòng)的微米級(jí)裝置。在當(dāng)前研究中，團(tuán)隊(duì)將這些光驅(qū)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)一步微型化。新突破的關(guān)鍵在于，在不削弱基于光子的推進(jìn)機(jī)制的前提下，簡(jiǎn)化了其操控方式。他們利用嵌入機(jī)器人內(nèi)部的納米天線結(jié)構(gòu)會(huì)隨入射光偏振方向自動(dòng)對(duì)齊的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)光的偏振來(lái)控制機(jī)器人的朝向，而推進(jìn)仍由光子反沖提供，從而實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)控制。

實(shí)驗(yàn)表明，這些納米機(jī)器人表現(xiàn)出極高的靈活性。它們可以實(shí)現(xiàn)極快的90度轉(zhuǎn)向，能夠系統(tǒng)、高效地掃描樣品中的大范圍區(qū)域。此外，它們還能選擇性地捕獲、運(yùn)輸并釋放細(xì)菌，這使得它們能夠在受控的實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)收集細(xì)菌并將其沉積到指定位置，有效“清潔”微觀環(huán)境。即使在搬運(yùn)較大細(xì)菌群時(shí)，機(jī)器人仍保持良好的可控性，僅速度略有下降。