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印真教授團隊在醫用微型機器人研究方面取得新進展，相關研究以“Magnetic medical microrobots with memory-capable genetic circuits”為題，發表于《Science Advances》。該論文以同濟大學為第一單位，同濟大學博士研究生陳浩田與陳玉峻為共同第一作者，印真教授與成昱教授為共同通訊作者。
微型機器人在靶向藥物遞送、微創診療和復雜體內環境探測等生物醫學領域具有廣泛應用前景。然而，現有醫用微機器人多依賴外部磁場、光場等物理信號進行持續操控，缺乏板載記憶與自主執行能力。一旦外部信號撤除，機器人難以保存任務狀態，也無法繼續執行長周期治療任務，嚴重限制了其臨床轉化潛力。
針對這一問題，研究團隊提出了一種集成遺傳記憶電路的生物混合微型機器人。如圖所示，該系統以益生菌大腸桿菌Nissle 1917為本體，在菌體內構建熱感應、執行、記憶、治療和熒光反饋五個功能模塊，并在菌體表面修飾磁性納米顆粒，實現磁熱激活、遺傳記憶寫入和治療因子持續釋放的協同集成。
圖1 集成記憶元件的生物機器人持續抑制腫瘤示意圖
該微型機器人可通過一次交變磁場誘導的磁熱刺激被激活。當局部溫度升高至42°C 以上時，熱感應模塊解除抑制，使系統由“待機態”轉入“工作態”。激活后，微型機器人可持續表達并釋放納豆激酶，用于降解和軟化腫瘤基質。體內 mCherry 熒光信號在腫瘤區域至少12天內仍可檢測，表明其遺傳記憶狀態可在體內長期維持。
在運動控制方面，研究團隊設計了三維波浪運動策略。微型機器人形成類似船槳劃動的運動姿態，從而緩解傳統翻滾運動中的打滑問題，并提升其在黏彈性組織環境中的推進效率。實驗表明，該運動策略可顯著增強機器人在高硬度膠原凝膠和腫瘤組織中的穿透能力。
該研究進一步揭示了“軟化—穿透”正反饋機制。微型機器人持續釋放納豆激酶，降低腫瘤基質剛度；基質軟化后，機器人在三維波浪磁場驅動下更易向深部組織穿透；深入后的機器人又可將軟化作用擴展至更大范圍。動物實驗結果顯示，采用遺傳記憶與三維波浪運動協同策略后，4T1三陰性乳腺癌模型中的腫瘤壓縮模量顯著降低，腫瘤基質中纖連蛋白熒光強度降低97.26%，腫瘤抑制率由21.86%提升至87.52%。
該工作將合成生物學中的遺傳編程能力與磁控微機器人技術相結合，為微米尺度機器人實現感知、記憶、執行和反饋提供了新的技術路徑。相關成果為醫用微型機器人的自主化發展提供了新范式，也為復雜體內環境下的精準治療和長效干預提供了新的研究思路。
本研究由同濟大學、上海創智六合彩結果
等單位聯合完成，獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目支持。原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb2528
