在过去的几十年里，科学家们开发了基于各种驱动原理的不同类型的纳米机器人，以实现对它们的控制操作，从而在医疗诊断和定向货运等潜在应用中发挥作用。医疗机器人可以在适应人体的前提下，进行复杂、准确的诊断和治疗操作。多功能纳米机器人将允许自己进入人体的几乎所有部位，将手术细化到细胞甚至分子水平，并以更高的准确性和效率提供局部诊断和治疗。不可否认，纳米机器人有其独特的特点，在某些特定任务中表现良好。然而，要加速微纳机器人技术的发展，仍有许多挑战和局限性有待解决。论文中设计了由一条单链DNA（ssDNA）或两条ssDNA和一个纳米粒子组装而成的新型纳米机器人。它们的运动由电泳和电渗共同控制，所构建的纳米机器人可以在石墨烯膜上移动，阵列纳米孔通过编码以调节其表面电荷。利用外加电场和每个纳米孔的表面电荷密度的控制策略，实现对纳米机器人的编码驱动与操控。论文在理论上通过电渗和电泳的结合以及它们之间的竞争实现了纳米机器人的定向操控，包括：单足纳米机器人的捕获跳跃移动，双足纳米机器人的捕获跳跃移动和双足纳米机器人捕获后在双孔之间的爬行。
在本项工作中，利用电泳和电渗对位于石墨烯膜上方的纳米机器人进行控制。电泳通过外加电场实现，电渗通过对阵列纳米孔附加电荷的编码控制实现，使用编码“0”代表负电荷，“1”代表正电荷。在本研究中，从理论上介绍了使用预先设计的控制策略对多足纳米机器人进行编码操作的可行性。固态膜中的阵列纳米孔通过改变其表面电荷密度进行独立编码，选择性离子输运动力学将产生相当大的电渗。通过切换纳米孔和外部电场的编码，电渗和电泳的结合以及它们之间的竞争将在独立的纳米孔中发生，引导作用在纳米机器人上的可控力，从而实现多足纳米机器人的精准驱动与操控。
由于所设计的纳米机器人高效且可控，多足纳米机器人的编码操作将潜在应用于药物测试、药物递送、纳米手术、手术辅助等领域。我们希望这项研究的结果能够为设计和驱动纳米机器人的发展提供一些创新思路，使其在未来具有更为广泛的潜在应用。
Small Methods是国际著名出版商Wiley旗下的一本综合性权威Top期刊，目前的影响因子为14.188，五年影响因子为14.367。该研究工作主要由东南大学机械工程学院机械设计工程系司伟副教授及其指导的硕士研究生朱振东依托东南大学机械工程学院江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室完成，东南大学机械工程学院为第一作者单位和唯一通讯单位，该研究工作受到国家自然科学基金、江苏省基础研究计划和东南大学“至善青年学者”计划的支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202200318