光磁驱动的生物混合微机器人

《Matter》：Photo-magnetically actuated biohybrid microrobots

生物混合微机器人通过光磁耦合驱动实现独立操控，利用绿藻Chlamydomonas reinhardtii基因修饰获得光响应与磁响应分离的藻类，可精准控制三维运动并实现多机器人协同分选。

　　

进展与潜力

准确理解微机器人的驱动机制是实现其在实际应用中发挥作用的关键。在这里，我们研究了基于绿藻Chlamydomonas reinhardtii的生物混合微机器人的控制能力，通过探究其天然的光向性以及添加超顺磁性氧化铁纳米颗粒后的外部磁驱动效果。研究结果表明，磁排列与光刺激之间存在非线性关系，这使得能够精确调整微机器人的方向。重要的是，通过改造微藻使其不表达光感受器，可以获得仅对磁场有反应的非趋光性（“盲”）微藻。通过分离光和磁输入，可以操控三种类型的生物混合微机器人，为涉及不同微机器人同时独立控制的高级多机器人应用开辟了新的途径。

亮点

•

光和磁驱动的结合实现了360度的精准操控

•

通过改造野生型和“盲”微藻，可以分离光和磁驱动

•

独立驱动可实现三种类型微机器人的分类

总结

利用自然具有运动能力的细胞制成的微尺度生物混合机器人具备自主、持久的推进能力和生物相容性。然而，精确指导和控制它们的运动仍然具有挑战性。在这里，我们展示了通过结合多种输入来独立且同时控制不同类型的生物混合微机器人，并生成复杂的运动模式。我们提出了一种基于野生型和“盲”Chlamydomonas reinhardtii（CR）并经过明胶-Fe₃O₄纳米颗粒（gel-SPION）改造的生物混合微机器人的新型运动控制机制。因此，我们开发了利用光和磁场组合精确控制三种不同生物混合微机器人运动的方法。通过应用光和磁场的组合，可以按不同方向对不同的生物混合菌株进行分类，并通过分离它们的磁向性和趋光性反应来实现独立控制。这项工作为在可变环境中对生物混合微机器人进行可编程、选择性操控奠定了基础，为高级控制策略的发展铺平了道路。

图形摘要