简介

科学家的开创性工作，引领了微纳米结构的道路，并且开发和煽动使用光镊，来捕获和操纵细菌和病毒，为微小设备的光激活开辟了一条新途径。

从那时起，研究人员使用光来捕获和操纵细胞，合成微观结构，基因转染，操纵单细胞内的细胞器，以及细胞膜表征，用于光介导生物应用的微型工具，应具有实时光学陷阱的机动能力。

以及使用激光诱导热，对流装卸货物的能力，利用光进行制造、主动驱动和控制是光机器人的定义特征。

用于靶向治疗的治疗化合物，可以由这些微型机器人以稳定的方式携带，并且可以在选定的靶位点，以精确和受控的量释放，此外通过使用磁场和光作为微机器人的驱动源。

无线微机器人的移动性，和触发特定药物释放的能力都是可能的，光介导的药物递送已被广泛研究，使用合成和生物成分作为药物载体，紫外线、近红外光，和上转换纳米颗粒主要用于治疗诊断学。

光驱动微型机器人的设计

3D打印于1986年作为立体光刻出现，从那时起，它越来越多地用于材料科学工程。

以在金属、玻璃、陶瓷、聚合物和组织工程基材上进行打印，微基板的制造具有高分辨率、结构特异性、高纵横比以及省时等优点。

配备轻型的微型工具，提供了一种将生物微分子，运送到预定递送部位的新方法，微型机器人的光驱动主要涉及用于，制造微型机器人的树脂的化学结构的构象变化。

它们的运动是由光引起的周期性构象变化推动的，这些连续执行器是初步的自力更生游，泳者，为开发适应性强的微型机车提供了激励平台，基材的结构改变是由偶氮苯或聚（N-异丙基丙烯酰胺）。

然后导致制造基材的内容物被释放，制造的微基板的光学驱动，可以提供高达100的空间操纵，药物输送和推进剂功能μ米/秒。

在这项研究中，制造了不同类型的微载体，以实现表面改性和流体动力学的多样性。

以测试粘液屏障的性质，这是必需的，因为活性分子必须通过肠道生物屏障，该屏障由胃肠道粘液，和单层肠上皮细胞组成，除了胃的酸性环境外，还通过紧密连接连接，口服药物才有效。

间接地，光致动的微型工具可用于触发另一种机制，并诱导趋光微机器人运动，例如自推进或自电泳，此外为了精确可控，微型游泳者装载了不同的染料，允许用户单独控制它们。

然后通过自电泳推进，此外光可以刺激微机器人中的光催化，或热等离子体，反应，使用全息光学镊子制造，和操纵了带有两个珠子和一个尖峰的3D打印微型哑铃，为振动检测和流体粘度测量提供了可能的应用。

虽然3D打印主要用于创建复杂的结构，但药物输送并不总是需要复杂的结构，并且可以依赖于使用微碗或微球进行载药载体。

绿藻在溶液中的集体趋光行为，被这些微型游泳者模仿，它们沿光传播方向自对准。

添加的金纳米外壳允许用户控制打开/关闭载体，并将其远程引导到特定目标，用于诊断或药物输送。尽管在用于生物应用的微型机器人的枚举方面，已经进行了大量研究，但缺乏用于药物输送的精确系统。

结合拟议设计的实施，制造的微型机器人，可用于精确地提供身体部位疾病的治疗方案，这些疾病存在侵入性干扰的危险。

探索微工具使用的研究主要集中在生物相容，微工具的化学成分和物理优势。

该项目中提出的设计旨在创建一个基础，未来的学者可以从中联系，并转向可用于转化医学的微型机器人的开发。

此外最先进的制造技术，和现成的稳定生物相容性材料用于制造微型机器人，易于制造与设计参数相结合，展示了效率和一致性的重要性。

使用光驱动利用了辐射压力的基本概念，光学陷阱的概念是在1970年代初开发的，光是一种辐射模式。

在光学陷阱中，当光穿过透明物体时，它会向不同的方向偏转，折射的光束导致小颗粒的动量平衡。

并将颗粒保持在光学平面上的位置，通过使激光束在z方向上锐利聚焦，还可以实现动量平衡，为了捕获感兴趣的颗粒，它们最好是球形或对称的形状，但捕获的效率可能取决于颗粒所在的介质。

1987年，A. Ashkin和J.M. Dziedzic表明，他们甚至可以使用，形状不规则的光学陷阱捕获病毒（烟草花叶病毒）和细菌（大肠杆菌）。

近年来，光学镊子的想法引起了人们的关注，因为可以使用可能达到微米，或亚微米水平的最先进的制造技术，这一点至关重要。

因为光学陷阱中施加的力在皮牛顿（pN）范围内，因此不可能使用光镊，抬起大型和较重的结构。

加激光功率可以弥补这一限制，但对于生物用途，根据应用的不同，它可能对生理环境有害。

通过使用计算机生成全息（CGH）技术，将激光束分成几束，可以控制SLM来操纵陷阱。

其他技术，例如使用振镜扫描仪或声光偏转器（AOD），在创建和管理多个陷阱方面同样有效。

AOD模拟多个陷阱，并能够利用声能和集成偏转器的组合，来快速移动单个陷阱，此外它的优点是激光功率不会被分割，不像SLM。

这使得陷阱比AOD硬得多，但是通过高速反射相位调制，SLM提供了更好的分辨率来操纵光学陷阱。

决定在哪里使用微型机器人，是艰巨设计过程的第一步，许多应用，包括生物医学科学和微型机械，都使用了光驱动的微型机器人，对于取决于使用领域的生物医学应用，必须考虑微型机器人的身体形状。

有不同的预定义曲线可供选择，以在流动条件下对车身的阻力最小，这一点很重要。

因为将微型机器人固定到位的光力，受到生理限制和有限的激光功率的限制，无法在体内安全使用。

在设计微型机器人时，较低的重心也是首选，并确保更好的稳定性，并且可能需要根据应用而定，例如如果车辆顶部有一些开口，则需要直立移动，较低的重心可能有助于实现这一目标。

设计的另一个重要方面是重量，在整个身体上对称分布，在整个身体中分配相等的重量，可确保更好的稳定性，对称设计是可取的，因为这消除了作用，在微型机器人上的不平衡力的机会。

设计约束

可以根据效用对不同的概念设计进行建模，但这些设计的制造限制了想象力，微型机器人由于内部空心而放气。

该空心缺乏任何支撑来承受外部压力，此外在内部创建支撑，以使其更强大并不容易。

因为这会限制具有额外存储的功能的功能，一种解决方案可能是使壁的厚度更大，但这可以增加微型机器人的尺寸，并增加它们的额外质量，同样前控制手柄在开发过程中无法承受感应流。

这个限制可以通过使连杆的直径更大来解决，但这将再次导致额外的质量，在光学操作中，我们希望质量尽可能小，以获得更大的控制灵活性，用于戳操作的前尖峰弯曲。

这是因为制造是逐层完成的，并且在印刷过程中，前尖峰有足够的时间沉入树脂中，从而导致它们变形，这些示例应该能够指导微型机器人的复杂设计制造和实现。

控制处理程序

控制的设计考虑对于正确操作微型机器人至关重要，虽然光学陷阱可以捕获不规则形状的物体，但它可以最有效地捕获球形物体，由于上述原因，光学控制的微型机器人需要某种手柄来进行精确控制。

此外设计中应有多少个控制手柄是以下问题，这取决于应用和机动要求，如果微型机器人只停留在一个地方，那么一个球形手柄就足够了。

但这可能会导致在流动环境中旋转，添加两个球形手柄，可确保更好的稳定性以将其固定到位。

添加更多手柄可以更好地提高稳定性，但这也增加了微型机器人的整体重量，并占用了更大的区域，这也会增加流动条件下的阻力。

板载附加功能

随着车身制造过程的完成，接下来是根据应用，向其添加选择性和所需的功能，根据微型机器人的用途，可以添加不同的功能，例如为了实现局部加热，或在本地创建用于混合流体的流动。

微型机器人体内的加热盘可能是有用的，加热盘基本上是顶部的金属层，当激光照射在加热盘上时，会产生热量并因此产生对流，自然对流一起，马兰戈尼效应可能占主导地位。

3D打印使这种支架的制造更容易，速度更快，特异性更高，修复关节软骨时，使用的支架较大，并接种有细胞、生长因子、透明质酸、羟基磷灰石，配备多个通道的微型机器人可用于加载生长因子。

这将有助于治疗，可以将多个通道添加到微型机器人中，以便它可以携带更多有效载荷或一次执行多个任务。

在这种情况下，即使其中一个通道受到损害，这也保证了货物的交付，此外不同的应用可能需要具有多个渠道，例如交付两种不同类型的货物，它们相互反应。

在这种情况下，唯一需要确保的是，光的辐射压力是否足够强，可以在符合生理环境的同时携带货物。

结论

随着制造技术的改进，和在生物医学应用中使用它们的愿景，亚微米级的光处理越来越受到关注，预计在不久的将来，与微观尺度的机器人，技术相关的各种研究学科之间的合作将增长。

由于过去几年对微观尺度机器人的兴趣日益浓厚，因此会出现新的想法和解决困难，要做到这一点，需要一个模型来指导微型机器人，但据我们所知，它们中没有任何一个。

在这项研究中，我们详细讨论了具有不同设计考虑因素的光驱动微型机器人的，3D建模和最先进的制造技术，亚微米或纳米级的设计可能至关重要，对于生物医学应用，必须满足额外的生物相容性以避免任何污染。

可以采取哪些措施来减少这些缺陷，在未来的研究中，我们将介绍微型机器人从基板到工作空间的收集和导出，以及它们在光学镊子组件下的操作。

此外我们计划将药物整合到微型机器人中，并使用近红外光释放它们。

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