这篇论文的研究内容主要集中在活性胶体的制造和功能扩展，特别是通过DNA纳米技术实现的微型游动器的智能化。研究由卡内基梅隆大学的R.E. Taylor及其团队进行，成果发表在《Advanced Materials Technologies》期刊上。
活性胶体，通常被称为“微型机器人”，在生物医学、微流体混合和靶向药物输送等领域具有广泛的应用潜力。然而，传统的活性胶体往往缺乏自主感知和响应环境刺激的能力。为了解决这一问题，研究团队探索了将DNA纳米结构与活性胶体结合的可能性，以赋予这些微型游动器“具身智能”。研究的核心在于利用聚碳酸酯（PC）模具结合模板组装（TASR）技术，制造出复杂的、灵活连接的多球体活性胶体。研究团队首先通过两光子聚合（TPP）技术创建了初级模具，使用Nanoscribe设备进行高精度打印，随后利用PDMS（聚二甲基硅氧烷）进行模具复制，最终实现了对聚苯乙烯微球的高效组装。
在组装过程中，研究者们发现，通过提高模板的表面能，可以显著提高微球的组装效率，达到了100倍以上的提升。这一发现为未来更复杂的胶体微结构设计奠定了基础。研究中，团队成功地将DNA纳米管作为灵活的连接组件，连接相邻的微球。这种DNA连接不仅提供了结构上的灵活性，还使得微型游动器能够在低雷诺数环境中实现有效的运动，突破了“扇贝定理”的限制。此外，研究者们还观察到，微型游动器在接触去氧核糖核酸酶I（DNase I）后，能够实时响应并重新配置其结构。这一现象表明，DNA的独特化学和物理特性可以被利用来实现活性胶体的自主行为。
尽管研究取得了显著进展，但在实验过程中也面临了一些挑战。首先，TASR技术的批次间产量变异性是一个已知的限制因素，影响了活性胶体的规模化生产。此外，微球的表面涂层和连接机制的控制也尚未达到理想状态，这可能导致不同微型游动器之间的运动行为差异。研究团队还发现，微型游动器的磁化方向在组装过程中未得到控制，这可能影响其在磁场中的操控能力。因此，未来的研究需要进一步探索连接机制和磁化方向的控制，以实现更高效的微型游动器。
展望未来，研究团队认为，通过将DNA纳米结构如三重螺旋或发夹结构战略性地整合到活性胶体系统中，可以进一步增强其自主性和功能性。这将使得这些微型游动器能够执行更复杂的任务，如货物运输、自主导航和信号追踪。此外，随着高产量、可定制的生物混合微型游动器群体的实现，研究团队希望能够在电子制造、靶向药物输送和微流体混合等领域开辟新的应用前景。通过优化TASR组装技术，未来的研究将能够实现对不同材料的微粒进行组装，从而拓展活性胶体的应用范围。
总的来说，这项研究不仅展示了通过DNA纳米技术赋予活性胶体智能化的可能性，还为未来的微型机器人研究提供了新的思路和方法。随着技术的不断进步，活性胶体在各个领域的应用前景将更加广阔。研究团队的工作为活性胶体的制造提供了一个高效的模板组装方法，结合了聚碳酸酯模具的高表面能和DNA纳米管的灵活性，极大地提升了微型游动器的组装效率和功能性。这一研究不仅推动了活性胶体领域的发展，也为未来的微型机器人技术奠定了基础。
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https://doi.org/10.1002/admt.202401584