*本文只作念阅读札记共享*李春城 姐妹花

一、小序

连年来，袖珍机器东谈主在医学规模的发展取得了显耀进展，水凝胶袖珍机器东谈主因其私有上风备受体恤。它们具有细致的生物相容性、可挽回的物理力学性能以及对生物环境的强烈感知才能，在靶向药物输送、伤口愈合、生物成像和精准手术烦嚣等方面线路着伏击作用。

二、水凝胶袖珍机器东谈主的发展历程

（一）早期发展

水凝胶袖珍机器东谈主的早期发展侧重于赋予其基本的畅通才能，举例期骗磁场、光或超声等外部刺激进行鼓动。举例，药物封装的聚（乳酸-共-酒精酸）（PLGA）磁性微球可在外部磁场的调制下进行旋转和线性畅通。

（二）技巧卓越

跟着技巧的卓越，盘问要点转向水凝胶袖珍机器东谈主对生物环境变化的智能反应才能，如pH值波动、温度变化以及对特定生物分子的识别。举例，一种可生物降解的水凝胶基袖珍游动器大要说明基质金属卵白酶-2（ MMP -2）酶浓度的变化，马上扩张其里面水凝胶收罗，从而开释封装的药物。

（三）进一步发展

水凝胶袖珍机器东谈主不休得到阅兵，大要在医疗场景中执行更复杂和精准的任务。如一种多功能医疗袖珍机器东谈主系统，它不仅大要完好意思肝脏化疗栓塞，还能通过X射线和磁共振成像（MRI）进行及时和术后成像。该系统谀媚了带有水凝胶包裹的多孔结构和磁性纳米粒子的袖珍机器东谈主，期骗磁性导航精准靶向肿瘤供血血管，在生物体内径直应用经导管肝化疗。

三、水凝胶材料分类及脾气

（一）基于来源分类

1、自然水凝胶

源自自然物资，具有出色的吸水才能和凝胶脾气。举例，琼脂糖、透明质酸、海藻酸盐和壳聚糖等多糖类，以及纤维齐集卵白、丝胶卵白、胶原卵白和明胶等卵白质类。这些自然水凝胶以其优异的生物相容性和生物降解性而著称。

2、合成水凝胶

由合成团聚物制成，能精准松手化学因素和机械性能。举例，聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）和聚（N-乙烯基己内酰胺）（PNVCL）等。通过调动合成技巧和材料组成，不错详细调整这些合成水凝胶材料的物理化学和功能属性，以知足特定应用需求。

（二）基于制备设施分类

1、物理交联水凝胶

通过物理（氢键）键合、结晶、离子相互作用、小分子自拼装和机械散布等多种机制酿成凝胶结构。举例，透明质酸、壳聚糖等。这些水凝胶具有易获得、无需交联剂、可逆、生物相容性好且性能可挽回的优点，适用于多种应用。

2、化学交联水凝胶

由团聚物链共价键合酿成恒久性收罗结构，被称为不成逆凝胶。举例，乳清卵白、Kolliphor和纤维素纳米纤维等。其制备经由波及多种反应，如光团聚、酶促经由和点击化学等，确保酿成坚固捏久的凝胶框架。

（三）刺激反应性水凝胶

1、pH反应性水凝胶

其结构和物理属性可说明环境pH值进行详细调整。举例，与4D激光打印技巧谀媚的pH反应性水凝胶，可用于开导大要在精准位置进行靶向药物输送的磁性袖珍机器东谈主。此外，还应用于多功能微针传感贴片，用于视觉监测伤口pH值。

2、温度反应性水凝胶

对温度波动具有反应性，在不同热条目下发扬出可逆的扩展和减弱才能。举例，壳聚糖在水中熔化后，在约32°C时从流体团聚物溶液转换为凝胶现象。基于PNIPAM的刷子也能可逆地反应温度变化，从而可通过挽回温度来松手药物开释速率。

3、光反应性水凝胶

大要在光强、波长或标的调动时发生凝胶化或熔化。举例，一种改性的富马酰胺应用，可使材料从液态转换为凝胶态。期骗光四肢凝胶化的触发因素，可完好意思对经由的时空挽回，增强功能反应的精度和可控性。

4、电反应性水凝胶

不错通过主宰电场强度和标的来挽回其凝胶化和熔化经由。举例，当受到电场作用时，这些水凝胶大要熔化、减弱或迂曲，有用地将电能转动为机械能。这种脾气使其在传感器技巧、控释药物和智能材料开导等规模具有粗造应用。

5、化学反应性水凝胶

对特定化学物资的存在或浓度变化敏锐，会发生凝胶化或熔化反应。举例，可将葡萄糖反应元件整合到胰岛素或胰岛素输送系统中，促进生物活性开释，在控释药物等生物医学应用中具有潜在价值。

四、水凝胶袖珍机器东谈主的制备设施

（一）微流控设施

微流控波及在微流控芯片上的微轨范通谈内主宰不相溶的流体，在通谈交叉处酿成液滴，随后将这些液滴交联产生水凝胶微球。

（二）乳化设施

乳化是将不相溶的液体（如水和油）搀杂，通过搅动产生可交联的水凝胶液滴。举例，通过在壳聚糖和聚丙烯酰胺接枝瓜尔胶之间酿成互穿团聚物收罗来制造水凝胶微球，体现了乳化设施在合成复杂水凝胶结构方面的多功能性。

（三）3D打印

用于制造具有详细加工结构和复杂几何景观的袖珍水凝胶机器东谈主。举例，基于双光子团聚（TPP）的3D打印技巧可用于纳米级精度制造三维螺旋结构，赋予明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）水凝胶机器东谈主精准界说的属性和功能。

（四）光刻技巧

光刻技巧选择具有微米或纳米级分辨率的光掩模来制造详细结构。举例，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）和聚酰亚胺等材料可四肢构建机器东谈主躯壳结构的模板，赋予机器东谈主框架机动性、可定制性和耐用性。

（五）电喷雾电离

电喷雾电离（ESI）是一种通过电位能源力着手液体雾化的技巧，借助静电力量和离子交联剂合成水凝胶微球。举例，通过调整实验参数，不错定制粒径，坐褥出直径从几微米到数千微米的均匀水凝胶微球。在这个经由中，凝胶溶液在高压下雾化成微弱液滴，然后顷刻间离子化，液滴内的材料发生交联或凝胶化反应，酿成固体水凝胶微球。

五、水凝胶袖珍机器东谈主的着手面貌

（一）磁着手

磁着手在袖珍机器东谈主规模具有很大的应用远景，举例，期骗磁场着手水凝胶基袖珍机器东谈主结尾执行器执行精准任务，如靶向、开释和采样等。盘问还完好意思了在单个均匀震荡磁场中对多达四个柔性薄膜磁性袖珍机器东谈主的十足颓落息争耦松手。此外，对磁着手微群体的盘问也取得了进展，如期骗激光散射对比成像及时追踪血管内的磁性纳米机器东谈主群体，完好意思其在血管内的指导导航。

（二）光着手

光四肢无线供电和松手出动袖珍建造的常用用具，也粗造用于着手袖珍机器东谈主。举例，光催化袖珍机器东谈主期骗外部光源和周围化学环境的能量完好意思高效鼓动。光反应性水凝胶可使袖珍机器东谈主在光的作用下执行可逆和重迭畅通，完好意思无线遥控。

（三）电场着手

电场着手设施无需尽头燃料源，主要期骗直流或一样电场进行鼓动。举例，在水凝胶机器东谈主外名义诞生由金属纳米粒子组成的褶皱纳米膜电极，通过毛细管力拼装并由溶剂化劝诱，升迁机器东谈主对电场的性能和反应才能。

（四）化学着手

化学着手机制主要期骗化学反应产生的局部浓度梯度、电位梯度以及气泡来推动袖珍机器东谈主在流体环境中导航。

（五）温度着手

基于温度反应性水凝胶的旨趣，将对温度敏锐的材料集成到超分子纳米电机中，使其在一定温度领域内发生方法或性能变化，从而挽回畅通速率。举例，一些超分子纳米电机和温度反应性材料在精密松手货色运输方面具有潜在应用。

（六）超声着手

超声着手期骗超声波精准松手和推动袖珍机器东谈主，具有非侵入性、历久性和生物相容性好的脾气。举例，一种包含基于明胶的水凝胶基质的袖珍炮机器东谈主，该基质中镶嵌了全氟碳乳液和纳米枪弹，通过超声激活拼装。这种技巧可完好意思深部组织穿透，捎带并精准部署多个有用载荷，在医疗会诊、调治输送和物流等规模具有应用后劲。

六、濒临的挑战及改日发展标的

（一）挑战

1、多功能性

当今水凝胶袖珍机器东谈主需要从单一功能建造向多功能建造发展，举例创建集成生物监测、药物输送和调治烦嚣等多种功能的水凝胶可一稔建造，这需要对万般功能模块进行政策测度打算和整合。

2、可加工性

尽管水凝胶袖珍机器东谈主的制备相对浅易，但升迁制备经由的松手和重迭性如故挑战，包括材料弃取、结构松手和方法测度打算等方面，以确保机器东谈主的一致性和显露性，知足不同应用需求。

3、环境可捏续性

水凝胶袖珍机器东谈主虽具有生物相容性和降解性，但在测度打算和制备经由中应进一步优先使用可再生、可生物降解材料，并减少能源奢华和废料产生，以确保其环境可捏续性。

4、可编程性

接头到水凝胶袖珍机器东谈主的机动性和允洽性，需要对其激活时的显露性和精度进行松手。这意味着要通过外部信号或松手器对其操作进行精准松手，并具备及时反馈机制，以允洽不同任务需求。

5、刺激弃取性

由于水凝胶具有多种刺激反应脾气，袖珍机器东谈主需要大要离别并弃取性地反应特定刺激，如温度、光或电场等，以完好意思精准畅通、着手和靶向操作。

6、着手成果

水凝胶材料的柔滑性和低密度导致能量蜿蜒成果低，鼓动成果不高，且现时的能量供应设施无法提供宽裕的能源，这对升迁着手成果、确保宽裕能源以及精准松手机器东谈主畅通组成了防碍。

（二）改日发展标的

为了鼓动水凝胶袖珍机器东谈主的发展，需要在新材料和着手技巧规模进行粗造盘问。开导具有更好显露性、可控性和可扩展性的新式水凝胶材料，关于完好意思功能万般性和优化机器东谈主性能至关伏击。同期，增强着手技巧，如对磁控系统进行进一步盘问和阅兵，以升迁水凝胶袖珍机器东谈主的才能，使其在医疗、环境和工业等规模得到更粗造的应用。

参考文件：

Song W李春城 姐妹花， et al. Hydrogel microrobots for biomedical applications. Front Chem. 2024 May 22;12:1416314.