发布日期：2024-11-16 16:50 点击次数：60
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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专有上风备受关切。它们具有致密的生物相容性、可调遣的物理力学性能以及对生物环境的厉害感知才气，在靶向药物输送、伤口愈合、生物成像和精准手术打扰等方面阐扬着紧迫作用。
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清爽才气，举例应用磁场、光或超声等外部刺激进行鼓吹。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清爽。
（二）技能卓越
跟着技能的卓越，连系重心转向水凝胶袖珍机器东谈主对生物环境变化的智能反映才气，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致把柄基质金属卵白酶-2（ MMP -2）酶浓度的变化，赶紧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断得到矫正，大致在医疗场景中实施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，它不仅大致已矣肝脏化疗栓塞，还能通过X射线和磁共振成像（MRI）进行及时和术后成像。该系统麇集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，应用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、水凝胶材料分类及性情
（一）基于起原分类
1、自然水凝胶
源自自然物资，具有出色的吸水才气和凝胶性情。举例，琼脂糖、透明质酸、海藻酸盐和壳聚糖等多糖类，以及纤维连气儿卵白、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
由合成团员物制成，能精准扫尾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。通过蜕变合成技能和材料组成，不错致密调整这些合成水凝胶材料的物理化学和功能属性，以满足特定应用需求。
（二）基于制备规范分类
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变成凝胶结构。举例，透明质酸、壳聚糖等。这些水凝胶具有易赢得、无需交联剂、可逆、生物相容性好且性能可调遣的优点，适用于多种应用。
2、化学交联水凝胶
由团员物链共价键合变成永恒性收罗结构，被称为不行逆凝胶。举例，乳清卵白、Kolliphor和纤维素纳米纤维等。其制备历程波及多种反应，如光团员、酶促历程和点击化学等，确保变成坚固握久的凝胶框架。
（三）刺激反映性水凝胶
1、pH反映性水凝胶
其结构和物理属性可把柄环境pH值进行致密调整。举例，与4D激光打印技能麇集的pH反映性水凝胶，可用于开发大致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。
app开发2、温度反映性水凝胶
对温度波动具有反映性，在不同热条款下发达出可逆的推广和镌汰才气。举例，壳聚糖在水中溶化后，在约32°C时从流体团员物溶液更始为凝胶景象。基于PNIPAM的刷子也能可逆地反映温度变化，从而可通过调遣温度来扫尾药物开释速率。
3、光反映性水凝胶
大致在光强、波长或标的蜕变时发生凝胶化或溶化。举例，一种改性的富马酰胺应用，可使材料从液态更始为凝胶态。应用光看成凝胶化的触发因素，可已矣对历程的时空调遣，增强功能反映的精度和可控性。
4、电反映性水凝胶
不错通过专揽电场强度和标的来调遣其凝胶化和溶化历程。举例，当受到电场作用时，这些水凝胶大致溶化、镌汰或逶迤，灵验地将电能滚动为机械能。这种性情使其在传感器技能、控释药物和智能材料开发等规模具有无为应用。
5、化学反映性水凝胶
对特定化学物资的存在或浓度变化明锐，会发生凝胶化或溶化反应。举例，可将葡萄糖反映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规范
（一）微流控规范
微流控波及在微流控芯片上的微圭臬通谈内专揽不相溶的流体，在通谈交叉处变成液滴，随后将这些液滴交联产生水凝胶微球。
（二）乳化规范
乳化是将不相溶的液体（如水和油）羼杂，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变成互穿团员物收罗来制造水凝胶微球，体现了乳化规范在合成复杂水凝胶结构方面的多功能性。
（三）3D打印
用于制造具有致密加工结构和复杂几何时势的袖珍水凝胶机器东谈主。举例，基于双光子团员（TPP）的3D打印技能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）光刻技能
光刻技能领受具有微米或纳米级分辨率的光掩模来制造致密结构。举例，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）和聚酰亚胺等材料可看成构建机器东谈主身体结构的模板，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启动液体雾化的技能，借助静电力量和离子交联剂合成水凝胶微球。举例，通过调整现实参数，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。在这个历程中，凝胶溶液在高压下雾化成微弱液滴，APP开发资讯然后转眼离子化，液滴内的材料发生交联或凝胶化反应，变成固体水凝胶微球。
五、水凝胶袖珍机器东谈主的启动花样
（一）磁启动
磁启动在袖珍机器东谈主规模具有很大的应用出路，举例，应用磁场启动水凝胶基袖珍机器东谈主终局实施器实施精准任务，如靶向、开释和采样等。连系还已矣了在单个均匀回荡磁场中对多达四个柔性薄膜磁性袖珍机器东谈主的澈底沉寂息争耦扫尾。此外，对磁启动微群体的连系也取得了进展，如应用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，已矣其在血管内的带提醒航。
（二）光启动
光看成无线供电和扫尾转移袖珍诱骗的常用器具，也无为用于启动袖珍机器东谈主。举例，光催化袖珍机器东谈主应用外部光源和周围化学环境的能量已矣高效鼓吹。光反映性水凝胶可使袖珍机器东谈主在光的作用下实施可逆和重叠清爽，已矣无线遥控。
（三）电场启动
电场启动规范无需独特燃料源，主要应用直流或疏通电场进行鼓吹。举例，在水凝胶机器东谈主外名义配置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诱骗，进步机器东谈主对电场的性能和反映才气。
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（四）化学启动
化学启动机制主要应用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）温度启动
基于温度反映性水凝胶的旨趣，将对温度明锐的材料集成到超分子纳米电机中，使其在一定温度范围内发生形态或性能变化，从而调遣清爽速率。举例，一些超分子纳米电机和温度反映性材料在精密扫尾货品运输方面具有潜在应用。
（六）超声启动
超声启动应用超声波精准扫尾和推动袖珍机器东谈主，具有非侵入性、持久性和生物相容性好的特色。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。这种技能可已矣深部组织穿透，捎带并精准部署多个灵验载荷，在医疗会诊、休养输送和物流等规模具有应用后劲。
六、靠近的挑战及异日发展标的
（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诱骗向多功能诱骗发展，举例创建集成生物监测、药物输送和休养打扰等多种功能的水凝胶可衣着诱骗，这需要对各种功能模块进行政策打算和整合。
2、可加工性
尽管水凝胶袖珍机器东谈主的制备相对简单，但进步制备历程的扫尾和重叠性还是挑战，包括材料选拔、结构扫尾和形态打算等方面，以确保机器东谈主的一致性和壮健性，满足不同应用需求。
3、环境可握续性
水凝胶袖珍机器东谈主虽具有生物相容性和降解性，但在打算和制备历程中应进一步优先使用可再生、可生物降解材料，并减少能源浪掷和废料产生，以确保其环境可握续性。
4、可编程性
辩论到水凝胶袖珍机器东谈主的机动性和相宜性，需要对其激活时的壮健性和精度进行扫尾。这意味着要通过外部信号或扫尾器对其操作进行精准扫尾，并具备及时反馈机制，以相宜不同任务需求。
5、刺激选拔性
由于水凝胶具有多种刺激反映性情，袖珍机器东谈主需要大致分手并选拔性地反映特定刺激，如温度、光或电场等，以已矣精准清爽、启动和靶向操作。
6、启动扫尾
水凝胶材料的柔嫩性和低密度导致能量转机扫尾低，鼓吹扫尾不高，且刻下的能量供应规范无法提供饱和的能源，这对进步启动扫尾、确保饱和能源以及精准扫尾机器东谈主清爽组成了终止。
（二）异日发展标的
为了鼓吹水凝胶袖珍机器东谈主的发展，需要在新材料和启动技能规模进行无为连系。开发具有更好壮健性、可控性和可扩展性的新式水凝胶材料，关于已矣功能各种性和优化机器东谈主性能至关紧迫。同期，增强启动技能，如对磁控系统进行进一步连系和矫正，以进步水凝胶袖珍机器东谈主的才气，使其在医疗、环境和工业等规模得到更无为的应用。
参考文件：
Song WAPP开发资讯, et al. Hydrogel microrobots for biomedical applications. Front Chem. 2024 May 22;12:1416314.