27、微纳机器：从生物功能化到多领域传感应用

微纳机器：从生物功能化到多领域传感应用

1. 微纳机器的生物功能化

微纳机器因其丰富的功能基团而具备多种功能，这也使得高通用性微纳机器的批量制造成为可能。研究团队首次利用螺旋藻微藻的固有功能制备了多功能微机器人。螺旋藻是一种天然的多功能生物体，具有先天的自发荧光特性，并且对癌细胞具有内在的细胞毒性。

通过与磁铁矿悬浮液进行生物杂交的过程，这些多功能微机器人能够在外部磁场的作用下实现推进。在绿光照射下，它们会发出强烈的红色自发荧光，可用于裸鼠皮下组织和腹腔内的体内荧光成像。生物杂交螺旋藻模板微机器人能够诱导SiHa和HepG2癌细胞凋亡，这是因为在超声诱导的降解过程中，螺旋藻物质释放出具有细胞毒性的藻蓝蛋白。

之后，研究团队又开发了一种基于水热处理真菌孢子作为吸附剂、Fe₃O₄纳米颗粒作为磁性成分的磁驱动生物杂交微机器人。由于生物成分上丰富的功能基团和多孔结构，所获得的生物杂交吸附剂能够有效地吸附和去除重金属离子。在外部磁场的刺激下，这些生物杂交吸附剂可以可控地聚集，从而对受污染水中的各种重金属离子进行高效吸附和快速去除。

2. 微纳机器的传感机制

微纳机器的新兴应用对各种生物传感应用乃至疾病的精确诊断产生了重大影响，为现代分析化学提供了新的范式。结合自主运动以及通过各种功能化手段对目标分析物的有效识别和捕获，这些合成的微纳机器能够在复杂生物介质样本中实现“实时”特定生物分子传感。

微纳机器的传感策略主要可以分为两类：
- 运动或速度变化 ：分析物与微纳机器结合会导致其运动或速度发生变化。例如，2009年Wang及其同事首次引入了基于微纳机器运动的传感概念，用于检测银离子