据外媒报道，德国马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS）研究人员开发出生物混合微型游泳器，该游泳器的表面覆有磁性材料，但其游泳能力基本不受涂层影响。

（图片来源：MPI-IS）

在自然界中，这些只有十微米大小的单细胞微藻是出色的游泳者，靠着前端的两根鞭状鞭毛向前游动。然而，如果在藻类上覆盖一层薄薄的天然聚合物壳聚糖（为了获得良好的粘附性），并在壳聚糖中混合磁性纳米颗粒，结果会如何呢？这种微小的游泳者是否仍能穿过狭窄的空间，更具挑战性的话，它们能否穿过密度与动植物粘液相似的粘稠液体？

（图片来源：MPI-IS）

研究人员发现，这些基于绿色藻类的微型游泳器几乎不受额外负荷的影响。这些藻类利用其鞭毛进行蛙泳运动，像一颗飞速的子弹一样向前弹射。尽管覆有涂层，它们在磁化后仍能保持游泳速度，平均为每秒115微米（相当于大约每秒12个身体长度）。相比之下，像Michael Phelps这样的奥运游泳运动员可达到每秒1.4个身体长度的速度。值得注意的是，这些藻类只是没有腿和脚的单细胞。

这项研究的共同负责人Birgül Akolpoglu和Saadet Fatma Baltaci是MPI-IS物理智能部门的研究人员。几年前，他们研究了如何在流体空间中对细菌基微型游泳器进行磁控制，以用于药物输送。现在他们把注意力转向了微藻，旨在用磁性材料对单细胞生物的表面进行功能化，以便它们可以朝各个所需方向移动，从而将微藻变成微型机器人。

对细胞进行涂覆仅需几分钟，最终90%的藻类成功被磁性纳米颗粒覆盖。在测试过程中，该团队首先使生物混合机器人在像水一样稀薄的液体中游泳。利用外部磁场，他们能够控制微藻游动的方向。然后，研究人员沿着微型3D打印圆柱体操纵机器人，这创造了一个高度受限的环境，其中最大的尺寸仅为微藻的三倍。为了观察机器人能否成功转向，该团队设置了两个不同的系统：其中一个带有磁线圈，另一系统的显微镜周围带有永磁体。这创造了一个均匀的磁场并反复改变其方向。

Birgül Akolpoglu在谈到这项概念验证研究时表示：“我们发现，微藻生物混合体以三种方式在3D打印微通道中导航，分别是回溯、穿越和磁穿越。没有磁导航，这些藻类经常会卡住并回溯到起点。但有了磁控制，它们移动得更加平稳，可以避开边界。磁导航有助于生物混合体与磁场方向保持一致，真正具有在密闭空间中导航的潜力，就像给它们安装一个微型GPS一样。”

接下来，该团队增加了流体的粘度，并再次将微型机器人送入狭窄的通道。Baltaci表示：“我们想测试这些游泳机器人在类似粘液的物质中的表现。结果发现粘度会影响微藻生物混合物的游泳方式。较高的粘度会使它们速度放缓，并改变它们向前游动的方式。当施加磁场时，这些游泳机器人会振荡，以Z字形向前移动。这强调了如何微调粘度和磁性对准，以优化微型机器人在复杂环境中的导航。”

该团队表示：“我们的愿景是将微型机器人应用于复杂、狭小且高度受限的环境中，例如人体组织中的环境。这项研究成果为靶向药物输送等应用打开了大门，提供了一种生物相容性医疗解决方案。这为生物医学及其他领域的未来创新带来了巨大的潜力。”