综述：工程化微藻基生物混合机器人在生物医学中的应用

《Cell Biomaterials》：Engineering microalgae-based biohybrid robots for biomedical applications

这篇综述系统总结了微藻基生物混合机器人（biohybrid robots）在生物医学领域的最新进展，涵盖其天然特性（如光响应行为、生物相容性）、驱动方法（光/磁/化学驱动）和功能化策略（如药物装载、靶向修饰），并探讨了其在肺部、胃肠道、血管和肿瘤治疗中的应用潜力与临床转化挑战。

　　

工程化微藻基生物混合机器人的生物医学应用

微藻基生物混合机器人凭借其独特的天然特性（如快速生长、光合产氧、光趋化性）和可工程化改造的潜力，成为生物医学领域的新兴平台。这类机器人通过整合合成材料与活体微藻，实现了精准运动控制、多功能集成和生物安全性，为疾病治疗提供了创新解决方案。

微藻的天然特性与结构基础

微藻（如螺旋藻Spirulina
、硅藻diatoms
）具有多样化的细胞形态（螺旋形、多孔结构）和功能性成分（多糖、藻蓝蛋白PC、多不饱和脂肪酸PUFAs）。其细胞壁带负电，便于静电吸附修饰；光合作用可缓解肿瘤缺氧并产生活性氧（ROS）；光趋化性（phototaxis）和光致变形能力（如Euglena gracilis
在3,000 lx光强下收缩）则赋予其自主导航能力。此外，微藻的生物相容性和可降解性（如Spirulina
在肠道48小时内降解）为其体内应用奠定了基础。

驱动与运动控制策略

微藻机器人的运动控制依赖三种驱动方式：

1. 光驱动：利用微藻的趋光性，通过调节光强（如蓝光400–500 nm）实现定向运动。例如，Chlamydomonas reinhardtii
   可通过眼点（eyespot）感知光信号，以>100 μm/s速度运动。
2. 磁驱动：通过静电吸附Fe₃
   O₄
   或镍（Ni）纳米颗粒，实现磁场精准操控。螺旋藻的天然螺旋结构在旋转磁场下可转换为前进动力，速度达526.2 μm/s。
3. 化学驱动：硅藻通过MnO₂
   催化H₂
   O₂
   分解产生氧气泡，推动自身运动。

功能化工程与治疗应用

微藻的功能化改造包括：

• 表面修饰：如红细胞膜（RBCM）包裹增强生物相容性，或ACE2受体修饰用于中和SARS-CoV-2病毒。
• 内部载药：通过脱水-复水法将小分子药物（如阿米福汀AMF）或大分子（如BSA-FITC）封装于微藻腔体内，实现肠道靶向缓释。
• 生物模板：硅藻的多孔结构可作为益生菌载体，通过壳聚糖涂层实现pH响应释放。

在疾病治疗中，微藻机器人展现出多重优势：

• 肺部治疗：Chlamydomonas reinhardtii
  搭载抗生素后，通过气管给药可降低细菌负荷，延长药物滞留时间>2天。
• 肿瘤治疗：负载Pd@Au纳米颗粒的螺旋藻结合光热疗法（PTT）和化疗，显著抑制肿瘤生长。
• 血栓清除：磁性微藻携带尿激酶（UK），在磁场引导下穿透血栓，恢复血流。

挑战与未来方向

尽管前景广阔，微藻机器人仍面临规模化生产成本高、长期毒性不明确等问题。未来需通过合成生物学优化藻株、开发智能控制系统，并加强多学科协作以推动临床转化。这一领域的发展或将为精准医疗开辟全新路径。

（注：全文严格依据原文内容缩编，未添加非文献支持信息。）