作者

章剑苗、武昕宜、段琦、宾凡淳、刘洁、董贤子、金峰*、郑美玲*

机构

中国科学院理化技术研究所

北京石油化工学院

Citation

Zhang J M, Wu X Y, Duan Q, Bin F C, Liu J, Dong X Z, Jin F, Zheng M L. 2026. Multi-material and multi-module freestanding microrobot for cargo transportation. Int. J. Extrem. Manuf. 8 015509.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae0666

文章导读

基于当前微纳机器人材料单一、功能局限和多刺激协同控制难等问题，近期，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室郑美玲研究员团队联合北京石油化工学院金峰教授，提出利用飞秒激光直写加工技术制备多材料多模块的3D仿手型微机器人，实现对单颗粒和细胞的抓取、运输与释放，并在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为“Multi-material and multi-module freestanding microrobot for cargo transportation”的文章。

2 图文解析

本研究提出采用飞秒激光直写技术制备集pH响应抓取模块与磁响应运输模块于一体的3D仿手型微机器人，突破传统单材料微机器人功能单一的局限。如图1所示，该微机器人顶部的pH抓取模块与底部的磁驱动模块能够独立响应刺激，完成抓取、移动、翻转等空间运动。

图1 飞秒激光直写多材料多模块手型微机器人。

该微机器人的双模块还能够协同控制，完成捕获—运输—释放系列动作。如图2，手型微机器人在pH和磁场的双重刺激下，实现了单颗粒（10 μm）和单细胞（约10 μm）的精准抓取与3D导航协同控制。

图2 3D手微型机器人定向运输单颗粒和786-O细胞。（a）微机器人的捕获、运输和释放示意图。（b）微机器人运输单颗粒的光学明场图像（i）捕获，（ii）运输和（iii）释放。（c）和（d）单颗粒被捕获的SEM图像和局部放大图。（e）微机器人运输单细胞的光学明场图像（i）主动捕获，（ii）运输和（iii）释放。（f）和（g）单细胞被捕获的SEM图像和局部放大图。

3 总结与展望

本研究通过创新性的多材料集成与模块化设计，成功制备了兼具pH响应环境感知与磁驱动精准导航的3D仿生微机器人，有效解决了传统微机器人单响应、单功能的技术局限，为复杂生物环境下的精准微操作提供了新策略。

4 作者与团队简介

章剑苗，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心在读博士生，研究方向：光功能材料及双光子聚合加工三维微纳结构。

郑美玲，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心研究员，研究方向：光功能材料与超快激光微纳加工。

金峰，北京石油化工学院新材料与化工学院教授，研究方向：智能响应高分子水凝胶材料与微纳机器人。

中国科学院理化技术研究所有机纳米光子学课题组主要以化学、材料、光学、物理等学科为基础，重点开展有机光功能材料、激光微纳加工技术、功能结构与器件制备及应用等方面的研究。现有固定人员3名，含正高级1名，副高级2名，10余名在读研究生。已建成材料合成实验室和含千级超净间的光学实验室，拥有世界先进水平的飞秒激光器及放大级、纳秒激光器、连续激光器、飞秒激光双光子微纳结构加工平台、激光共聚焦显微镜、激光拉曼显微镜、傅里叶红外光谱仪等材料与结构加工与表征平台。承担国家科技部、基金委、中国科学院、北京市等多项重大项目，取得了一系列具有国际领先水平的成果，已在Nat. Commun.、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Soc. Rev.、Laser Photonics Rev.等国内外期刊发表130多篇论文，并获20多项授权专利。

关于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing (《极端制造》），简称IJEM，中国机械工程学会极端制造分会会刊，致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果。自2019年创刊至今，期刊陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。JCR最新影响因子21.3，位列工程/制造学科领域第一。中国科学院分区工程技术1区，TOP期刊。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。