综述：基于微藻的生物混合机器人用于生物医学应用的工程研究

这篇综述系统阐述了微藻（Microalgae）基生物混合机器人（Biohybrid Robots）在生物医学领域的最新进展，重点介绍了其天然特性（如光响应性、光合产氧）、功能化策略（表面工程/内部载药）及在肺部/胃肠道（GI）靶向治疗、肿瘤光动力疗法（PDT）等应用。通过整合磁驱动（Fe3 O4 修饰）与光控技术，这类机器人展现出精准递送、协同治疗（如化疗-光热疗法）和实时成像（MRI/PAI）的潜力，为智能医疗提供绿色解决方案。

　　

微藻的结构与天然特性

微藻作为单细胞光合微生物，其多样性结构（如螺旋形Spirulina
、多孔硅藻）和独特细胞壁组成（纤维素/多糖）为功能化提供了基础。例如，Spirulina platensis
的螺旋形态可延长胃肠道滞留时间，而硅藻的纳米多孔结构利于药物负载。微藻表面负电荷（羧基/羟基）便于静电吸附正电荷药物或磁性纳米颗粒（如Fe₃
O₄
），实现磁控运动。

光响应与运动控制

微藻的趋光性（Phototaxis）和光致变形能力是其核心优势。例如，Euglena gracilis
在强光（3,000 lx）下可变形为球形，穿越5μm狭窄通道，而Chlamydomonas reinhardtii
通过眼点（Eyespot）感知蓝光（400-500 nm）实现定向游动。光学镊子（OTs）可进一步操控微藻运动，如旋转藻体（6.7μm/s）用于血栓机械破碎。

功能化策略与治疗应用

表面工程：红细胞膜（RBCM）包裹可降低免疫清除率，而ACE2受体修饰的微藻能中和SARS-CoV-2刺突蛋白（效率达95%）。磁性修饰（如Ni涂层）使Spirulina
在血流中达到2,613.8μm/s的推进速度。
内部载药：脱水-复水法将阿米福汀（AMF）载入Spirulina
，实现肠道缓释；金纳米颗粒（Au NPs）沉积赋予光热/成像多功能性。

疾病治疗突破

• 肺部：雾化递送的Micromonas pusilla
  机器人滞留肺部>5天，显著降低耐药菌感染死亡率。
• 肿瘤：负载氯素e6（Ce6）的Volvox
  机器人通过PDT/光热协同抑制皮下肿瘤，光合作用缓解缺氧。
• 慢性伤口：Chlorella
  产氧联合肝素清除炎症因子，加速糖尿病伤口愈合。

挑战与未来方向

尽管微藻机器人在动物模型中效果显著，但规模化生产、长期毒性（如硅藻代谢路径）和深组织磁控精度仍需优化。多学科协作（如合成生物学/AI算法）将推动其临床转化，重塑精准医疗格局。