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一、小序
连年来，小型机器东谈主在医学规模的发展取得了显耀进展，水凝胶小型机器东谈主因其私有上风备受眷注。它们具有爽快的生物相容性、可蜕变的物理力学性能以及对生物环境的机明锐知能力，在靶向药物输送、伤口愈合、生物成像和精准手术干扰等方面阐发着蹙迫作用。
二、水凝胶小型机器东谈主的发展历程
（一）早期发展
水凝胶小型机器东谈主的早期发展侧重于赋予其基本的通顺能力，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通顺。
（二）手艺突出
随开始艺的突出，盘问重心转向水凝胶小型机器东谈主对生物环境变化的智能反映能力，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小型游动器或者凭据基质金属卵白酶-2（ MMP -2）酶浓度的变化，飞速扩张其里面水凝胶收集，从而开释封装的药物。
（三）进一步发展
水凝胶小型机器东谈主不断得到纠正，或者在医疗场景中实施更复杂和精准的任务。如一种多功能医疗小型机器东谈主系统，它不仅或者收场肝脏化疗栓塞，还能通过X射线和磁共振成像（MRI）进行及时和术后成像。该系统伙同了带有水凝胶包裹的多孔结构和磁性纳米粒子的小型机器东谈主，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、水凝胶材料分类及秉性
（一）基于来源分类
1、自然水凝胶
源自自然物资，具有出色的吸水能力和凝胶秉性。举例，琼脂糖、透明质酸、海藻酸盐和壳聚糖等多糖类，以及纤维荟萃卵白、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，能精准法例化学身分和机械性能。举例，聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）和聚（N-乙烯基己内酰胺）（PNVCL）等。通过改变合成手艺和材料组成，不错细腻调整这些合成水凝胶材料的物理化学和功能属性，以知足特定应用需求。
（二）基于制备款式分类
1、物理交联水凝胶
通过物理（氢键）键合、结晶、离子互相作用、小分子自拼装和机械散布等多种机制酿成凝胶结构。举例，透明质酸、壳聚糖等。这些水凝胶具有易取得、无需交联剂、可逆、生物相容性好且性能可蜕变的优点，适用于多种应用。
2、化学交联水凝胶
由团员物链共价键合酿成永久性收荟萃构，被称为不行逆凝胶。举例，乳清卵白、Kolliphor和纤维素纳米纤维等。其制备经过波及多种反应，如光团员、酶促经过和点击化学等，确保酿成坚固捏久的凝胶框架。
（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凭据环境pH值进行细腻调整。举例，与4D激光打印手艺伙同的pH反映性水凝胶，可用于开导或者在精准位置进行靶向药物输送的磁性小型机器东谈主。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。
2、温度反映性水凝胶
对温度波动具有反映性，在不同热条目下推崇出可逆的扩张和减轻能力。举例，壳聚糖在水中熔解后，在约32°C时从流体团员物溶液鼎新为凝胶景色。基于PNIPAM的刷子也能可逆地反映温度变化，从而可通过蜕变温度来法例药物开释速率。
3、光反映性水凝胶
或者在光强、波长或标的改变时发生凝胶化或熔解。举例，一种改性的富马酰胺应用，可使材料从液态鼎新为凝胶态。应用光算作凝胶化的触发因素，可收场对经过的时空蜕变，增强功能反映的精度和可控性。
4、电反映性水凝胶
不错通过足下电场强度和标的来蜕变其凝胶化和熔解经过。举例，当受到电场作用时，这些水凝胶或者熔解、减轻或鬈曲，灵验地将电能滚动为机械能。这种秉性使其在传感器手艺、控释药物和智能材料开导等规模具有平方应用。
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，会发生凝胶化或熔解反应。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、水凝胶小型机器东谈主的制备款式
（一）微流控款式
微流控波及在微流控芯片上的微圭臬通谈内足下不相溶的流体，在通谈交叉处酿成液滴，随后将这些液滴交联产生水凝胶微球。
（二）乳化款式
乳化是将不相溶的液体（如水和油）搀和，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酿成互穿团员物收集来制造水凝胶微球，体现了乳化款式在合成复杂水凝胶结构方面的多功能性。
（三）3D打印
用于制造具有细腻加工结构和复杂几何体式的小型水凝胶机器东谈主。举例，基于双光子团员（TPP）的3D打印手艺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）光刻手艺
光刻手艺袭取具有微米或纳米级分辨率的光掩模来制造细腻结构。举例，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）和聚酰亚胺等材料可算作构建机器东谈主身段结构的模板，赋予机器东谈主框架生动性、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开动液体雾化的手艺，借助静电力量和离子交联剂合成水凝胶微球。举例，通过调整本质参数，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。在这个经过中，凝胶溶液在高压下雾化成眇小液滴，然后瞬息离子化，液滴内的材料发生交联或凝胶化反应，酿成固体水凝胶微球。
五、水凝胶小型机器东谈主的开动款式
（一）磁开动
磁开动在小型机器东谈主规模具有很大的应用前程，举例，应用磁场开动水凝胶基小型机器东谈主结尾实施器实施精准任务，如靶向、开释和采样等。盘问还收场了在单个均匀回荡磁场中对多达四个柔性薄膜磁性小型机器东谈主的全皆悲怆息争耦法例。此外，对磁开动微群体的盘问也取得了进展，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，收场其在血管内的指示导航。
（二）光开动
光算作无线供电和法例挪动小型栽植的常用器具，也平方用于开动小型机器东谈主。举例，光催化小型机器东谈主应用外部光源和周围化学环境的能量收场高效鼓吹。光反映性水凝胶可使小型机器东谈主在光的作用下实施可逆和交流通顺，收场无线遥控。
（三）电场开动
电场开动款式无需非凡燃料源，主要应用直流或交流电场进行鼓吹。举例，在水凝胶机器东谈主外名义成立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迷惑，升迁机器东谈主对电场的性能和反映能力。
（四）化学开动
化学开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小型机器东谈主在流体环境中导航。
（五）温度开动
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，使其在一定温度规模内发生形态或性能变化，从而蜕变通顺速率。举例，一些超分子纳米电机和温度反映性材料在精密法例货色输送方面具有潜在应用。
（六）超声开动
超声开动应用超声波精准法例和推动小型机器东谈主，具有非侵入性、历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小型炮机器东谈主，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。这种手艺可收场深部组织穿透，捎带并精准部署多个灵验载荷，在医疗会诊、诊治输送和物流等规模具有应用后劲。
六、濒临的挑战及将来发展标的
（一）挑战
1、多功能性
现在水凝胶小型机器东谈主需要从单一功能栽植向多功能栽植发展，举例创建集成生物监测、药物输送和诊治干扰等多种功能的水凝胶可一稔栽植，这需要对各样功能模块进行计策贪图和整合。
2、可加工性
尽管水凝胶小型机器东谈主的制备相对浮浅，但升迁制备经过的法例和交流性依然挑战，包括材料采取、结构法例和形态贪图等方面，以确保机器东谈主的一致性和贯通性，知足不同应用需求。
3、环境可捏续性
水凝胶小型机器东谈主虽具有生物相容性和降解性，但在贪图和制备经过中应进一步优先使用可再生、可生物降解材料，并减少能源铺张和废料产生，以确保其环境可捏续性。
4、可编程性
推敲到水凝胶小型机器东谈主的生动性和稳妥性，需要对其激活时的贯通性和精度进行法例。这意味着要通过外部信号或法例器对其操作进行精准法例，并具备及时反馈机制，以稳妥不同任务需求。
5、刺激采取性
由于水凝胶具有多种刺激反映秉性，小型机器东谈主需要或者辨认并采取性地反映特定刺激，如温度、光或电场等，以收场精准通顺、开动和靶向操作。
6、开动恶果
水凝胶材料的柔嫩性和低密度导致能量蜕变恶果低，鼓吹恶果不高，且刻下的能量供应款式无法提供满盈的能源，这对升迁开动恶果、确保满盈能源以及精准法例机器东谈主通顺组成了遮挡。
（二）将来发展标的
为了鼓吹水凝胶小型机器东谈主的发展，需要在新材料和开开始艺规模进行平方盘问。开导具有更好贯通性、可控性和可扩展性的新式水凝胶材料，关于收场功能各样性和优化机器东谈主性能至关蹙迫。同期，增强开开始艺，如对磁控系统进行进一步盘问和纠正，以升迁水凝胶小型机器东谈主的能力，使其在医疗、环境和工业等规模得到更平方的应用。
参考文件：
Song W, et al. Hydrogel microrobots for biomedical applications. Front Chem. 2024 May 22;12:1416314.