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全球（医疗）微纳机器人科研成果分析一、 全球（医疗）微纳机器人科研成果2018年4月，哈尔滨工业大学吴志光副教授与德国马克斯•普朗克研究所P.Fischer教授团队、丹麦奥胡斯大学合作，首次提出了一种表面涂覆纳米液态润滑层的螺旋形磁性纳米机器人（直径仅为500纳米），首次实现纳米机器人在眼睛玻璃体中可控、高效地集群运动，以其在外源磁场的引导下有效地克服生物分子的黏附，完成长距离可控集群运动，到达指定位点，绕过眼，面抵达视网膜且不对组织造成损害，实现眼底精准给药2018年4月，哈尔滨工业大学张广玉、李隆球教授和美国加州大学圣地亚哥分校JosephWang教授合作，采用仿生原理，首次发明了一种由振荡磁场驱动的镍-银-金-银-镍多金属复合结构纳米机器人，由多节柔性铰链组成，双臂交替运动形式使其运动速度可达到每秒60个身长，约为其他同类柔性纳米机器人的10倍，可广泛应用于药物靶向输运和肿瘤精准治疗等生物医学领域2019年，纳米医疗技术专家、苏黎世联邦理工学院助理教授SimoneSchuerle团队及麻省理工学院，成功发明一种由3D打印而成、表面涂有镍钛双涂层、可受外部磁场操控的螺旋状微型机器人（长度约为36微米、体积只有细胞大小），其可向肿瘤等病变组织输送纳米颗粒药物，实现更精准的靶向给药；研究结果显示效果是普通输送方法的两倍。

2019年5月南京师范大学毛春教授团队，开发了一种血小板膜修饰、可自主运动的多级孔纳米机器人，用于连续靶向给药以实现短期溶栓和长期抗凝的目的：在体外测试条件下，纳米机器人在血栓中的穿透深度是无运动能力粒子的3倍左右；该纳米机器人在血栓中的滞留率从15%提高到26%左右2020年3月，浙江大学医学院附属第二医院/转化医学研究院周民研究员团队研制出一款微纳机器人，以微藻作为活体支架，“穿上”磁性涂层外衣，靶向输送至肿瘤组织，利用光合生物杂交微纳泳体系统的光合作用，成功改善肿瘤乏氧微环境并有效实现磁共振/荧光/光声三模态医学影像导航下的肿瘤诊断与治疗2020年7月，哈尔滨工业大学贺强教授团队研制成功一种超声驱动的液态金属针状游动纳米机器人，以液态金属镓为材料，通过结合纳米孔模板塑性成形和细胞膜包覆技术实现了白细胞膜表面伪装液态金属镓针状游动纳米机器人的批量制造，其不但具有变形、融合能力，还能克服血液污损并完成主动药物递送和癌细胞光热治疗二、 微纳机器人类型随着机器人科技的飞速发展,机器人广泛应用于现代的生产和生活中机器人有多种类型,整体尺寸从微观到宏观不等通常,工业生产、服务行业和军事领域中都能看到宏观机器人的身影。

然而,在某些特定情况,如体内介入诊断和治疗,宏观机器人往往由于尺寸过大而受到限制，因而出现了体积更小的机器人的需求功能性纳米材料、纳米催化、微纳加工技术等纳米科技的飞速发展，为机器人技术和微纳生物学/纳米医学之间的结合,找到了一条可行路径，微纳机器人应运而生人们希望通过给微纳机器人提供指令和动力，在远程进行控制，在微纳尺度上执行任务，并且具有优异的灵活性和适应性微纳机器人的概念最早由美国物理学家、诺贝尔奖获得者理查德•费曼教授于1959年提出他认为人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个原子作为构件，在非常微小的空间里构建物质而在1966年的科幻电影《神奇旅程》中，首次出现了医疗微纳机器人的概念影片畅想了一次冒险之旅，一艘潜艇及其船员被缩小成细胞大小的微型潜艇，使他们能够在患者体内航行，清除血栓四十年来,微纳机器人已发展为一个新的前沿热点研究领域，是微纳生物学中最具有吸引力的部分由于体积小巧，医疗微纳机器人可以进入人体内部复杂而狭窄的区域，例如脑血管的远端和胆管，而现有的微创医疗设备和传统机器人有时无法进入，微创手术无法实施，具有生物探测、智能载药、血栓清除、微创手术、杀死肿瘤细胞等各种应用前景，小小的微纳机器人可以让想象力自由驰骋。

到目前为止，已经有几十种具有不同设计、功能类型、驱动模式以及用于定位和反馈的成像策略的微纳机器人具有生物医学应用的潜力此外,微纳机器人在纳米加工、高端制造、重金属检测、污染物降解以及军事领域之中的应用也不容小觑许多国家纷纷制定微纳机器人相关战略和计划，投入巨资抢占微纳机器人战略高地尽管关于微纳机器人的设想在1959年就已经出现，但直到上世纪90年代纳米技术的兴起，才带动了其研发与应用的起步分别以“Micro/o+Robot/Motor/machine”为关键词在Pubmed数据库中进行检索：如图所示，关于微纳机器人技术的研究从1966年左右起步，中间零星有一些研究成果，2003年开始加速发展，尤其在2010年之后，研究成果密集涌现，每年有数百篇论文发表，领域呈现出爆发的趋势与同样建立在纳米技术基础上的有关纳米材料的研究发展趋势非常类似三、 微纳机器人应用领域利用运送有效载荷的能力，微纳机器人可以用于个体化医疗；利用其传感装置收集信号，可用于环境监测和国防领域；利用微纳尺度精确控制其行为的能力，可用于微纳制造，制造更多的微纳机器人得益于超小的尺寸，微纳机器人能够进入传统设备无法到达的微观环境中运动及执行操作。

比如，微纳机器人可进入微流控芯片内对微结构进行微操作及装配，进入生物体自然腔道或血管内进行探测和药物递送，甚至进入单个细胞内部来测量细胞核的杨氏模量微纳机器人还可以“协同作战”，科学家可控制其群体改变构型穿过狭小管道，抵达靶向位置释放药物目前，微纳机器人已成为科研人员探索微观世界新现象和新机理的助手，不过其结构仍较为简单、功能有限随着各种具有定位和跟踪的临床影像技术的发展，微纳机器人在体内诊断和介入中的应用已成为近年来广泛研究的焦点问题将表面功能、远程驱动系统和显影技术的巧妙集成在一起的微纳机器人设计，是其实现生物医学应用，尤其是体内应用的关键一步四、 微纳机器人的产业化国内已将微纳机器人应用到老鼠等小动物身上做实验了，在大动物身上做实验是目前国际努力的方向十四五”期间，中国科学家的目标是在家猪、狗等大动物身上开展实验中国由于动物实验的伦理审查较为开放，进展可能会更快一些相较于灵长类动物，用大动物做实验准入门槛相对比较低，学校和有资格的医院可以联合做但是灵长类动物或者人体实验甚至大规模的临床试验，还需要一个相对较长的过程制备技术加快创新：要让微纳机器人具有更高的运动效率，形状和结构设计必不可少；而为了满足设计的需要，能够低成本、大规模、对环境无害地制备出相应微纳米机器人的微加工制造技术仍然需要不断发展。

现有的制备技术或多或少存在各自的缺陷——制造出复杂形状、制备过程简单，以及对环境影响小，三者很难同时满足3D打印技术的打印设备价格昂贵、打印材料十分有限,生物组分十分稀少制备技术创新发展将使低成本、大批量、多结构设计的微纳米机器人生产成为可能，进而助推其真正实现商业化实时成像技术类型逐渐丰富，不断成熟：目前，关于微纳机器人集群医学成像以及体内应用的研究还很有限，医学成像系统也尚未被广泛应用于靶向治疗中，基于医学成像的微纳机器人集群控制侧重于集群的定位和引导将微纳机器人集群的成像引导控制与靶向治疗/递送相结合将会是未来研究的热点具体场景的研究范围不断扩大，肿瘤成最热细分方向：截至目前学界对医疗微纳机器人的研究不再局限于某单一应用领域，包括癌症治疗、眼科治疗、医学诊断和药物开发等多方向但是由于癌症的高发、治疗难度高、根治手段还不存在等原因，因而学术界从医疗微纳机器人展开最初研究始便将其应用场景锁定在肿瘤治疗方向上，对癌症治疗纳米机器人的研究上获得更多进展，并且取得了众多突破性成果精准医疗的发展为纳米机器人产业化提供强大动力：精准医疗可以通过更精确的诊断，预测潜在疾病的风险，提供更有效、更有针对性的治疗，预防或干预某种疾病的发生。

在此背景下，个体化的诊断和治疗技术，如基因测序、靶向药物研发、细胞免疫治疗、基因治疗等新技术不断发展从医疗模式来看，精准医疗改变了以往简单式的医患互动关系，强调针对病患全面全程的观察诊断，并提出差异性，个性化的医疗方案，这与医疗微纳机器人的理念不谋而合五、 微纳机器人的驱动方式磁场作为一种可以驱动并控制微纳米机器人的无线操控手段,低强度、低频率的磁场能够无损穿透生物组织，对生物体无害，获取简单、调试方便，因此因此由外部磁场驱动和操纵的微纳机器人在体内应用中显示出巨大的前景，是目前用于医疗的微纳机器人中研究最多的驱动方式磁驱动微纳机器人可分为磁场驱动的微纳机器人：磁场不仅为微纳机器人提供能量，还用于控制它们的定向运动；以及磁导向的微纳机器人：将磁场与其他驱动方式相结合，其中磁场仅用于控制微纳机器人的运动方向通过模仿磁驱细菌等一些基于磁场的天然微生物，开发出各种磁场驱动的微纳机器人例如由旋转的磁场驱动的人工细菌鞭毛以及螺旋微纳机器人是两种种典型的电磁微纳机器人螺旋机器人由均匀的磁性材料制成或由磁头和螺旋尾部组成尾部安装形似细菌鞭毛的磁性螺旋结构，在旋转的外部磁场作用下共同旋转，推动微纳机器人前进。

磁驱的微纳机器人必须包含磁性材料，例如Fe3O4、Ni、γ-Fe2O3和FePt等等超声场用作微纳机器人的外部能量输入时，可以实现无创和按需运动控制，使用寿命长且具有良好的生物相容性因此，在过去的几十年中，通过超声波对微纳机器人进行控制和驱动也引起了广泛的关注超声场相关的驱动适用于各种微纳机器人，包括金属纳米线和管状微剂的推进，微珠的旋转以及纳米颗粒的图案化除了可以持续地驱动微型机器人外，超声场还可以瞬时超高速度触发微/纳米物体的喷射，这可能有利于对组织屏障的穿透六、 目标市场战略目标市场是企业打算进入的细分市场，或打算满足的、具有某种需求的顾客群体，对市场进行细分之后，企业面对许多不同的子市场，就要进行恰当的评价，结合自身的资源和目标选择合适的目标市场战略（一）目标市场战略的类型1、无差异性营销战略指企业把整体市场看作一个大目标市场，不进行细分，用一种产品、统一的市场营销组合对待整体市场实行此战略的企业基于两种不同的指导思想一种是从传统的产品观念出发，强调需求的共性，漠视需求的差异，因此企业为整体市场生产标准化产品，并实行无差异的市场营销战略从20世纪初开始，美国福特公司仅靠着T型车款车型和一种颜色（黑色）占领了美国市场，至1914年时，福特汽车已经占有了美国一半的市场份额和较大的海外市场在大量生产，大量销售的产品导向时代，企业多数采用无差异性营销战略经营，实行无差异战略的另一种思想是企业经过市场调查，认为某些特定产品的需求大致相同或较少差异，比如食盐，因此可以采用大致相同的市场营销策略，从这个意义上讲，它符合现代市场营销理念。

采用无差异性营销战略的最大优点是成本的经济性大批量的生产、销售，必然降低产品单位成本；无差异的广告宣传可以减少促销费用；不进行市场细分，相应减少了市场调研、产品研制与开发以及制定多种市场营销战略、战术方案等带来的成本开支但是，无差异性营销战略对市场上绝大多数产品是不适宜的，因为消费者的需求偏好具有极其复杂的层次，某种产品或品牌受到市场普遍欢迎的情况很少，即便一时能赢得某—市场，如果竞争企业都如此仿照，就会造成市场上某个局部竞争非常激烈，而其他部分的需求却未得到满足，例如20世纪70年代以前，美国一大汽车公司都坚信美国人喜欢大型豪华的轿车，共同追求这一大的目标市场，采用无差异性市场营销战略70年代能源危机发生之后，需求发生了变化，消费者越来越喜欢小型、轻便、省油的小型轿车，而美国三大汽车公司都没有意识到这种变化，更没有适当地调整营销战略，致使大轿车市场竞争“白热化”，而小型轿车市场却被忽略，日本汽车公司在这种情况下乘虚而入2、差异性营销战略差异性市场营销战略把整体市场划分为若干需求与愿望大致相同的细分市场，然后根据企业的资源及营销实力，分别为各个细分市场。