甘油三酯是人体内的重要脂类物质，其水平高低与心脑血管健康密切相关。作为血脂检测中的关键指标，甘油三酯的异常升高会显著增加动脉粥样硬化和心脑血管疾病的风险。因此，如何科学有效地调控甘油三酯水平成为医学研究的重要课题。微纳机器人是一类尺寸介于微米至纳米尺度的微型器件，能够高效地将外部能量转化为机械运动，在生物医学、环境治理等多个领域展现出广阔的应用前景。其中，磁场驱动方式因其非侵入性、高精度控制及远程操控能力，被认为是最具潜力的驱动方案之一。同时，金属有机框架（MOFs）材料凭借其卓越的药物负载能力和灵活的化学响应特性，在靶向药物释放和环境修复等方面表现出独特的优势。因此，MOF被视为构筑微纳机器人的重要材料。然而，目前MOF微纳机器人在可设计性构筑及应用导向的功能化设计方面仍面临挑战。为此，该研究提出了一种微纳加工与界面自组装耦合的合成策略，采用可设计的光刻模板，实现了MOF磁控微机器人的可定制化构筑。通过结合脂肪酶，成功实现了甘油三酯的高效降解。这一策略不仅有效解决了MOF微机器人灵活设计与精准操控的难题，同时为智能微纳机器人在生物医学和环境治理中的应用提供了重要参考。
2025年6月9日，暨南大学化学与材料学院王吉壮/李丹教授团队在该领域取得重要进展，相关工作以“MOF-based Magnetically-Manipulated Microwheel-Robots for Triglyceride Degradation”为题发表在Matter期刊上。论文通讯作者为王吉壮副教授和李丹教授，第一作者为暨南大学研究生梁梓贤。
图1：MOF微齿轮机器人的可控构筑、磁操控和应用示意图。
研究团队开发了一种利用微纳加工与界面自组装相结合的方法构筑磁控微齿轮机器人（MMWRs），该方法能够原位耦合磁性Fe3O4纳米粒子，并实现MMWR的可设计性构造。MMWRs能够通过旋转磁场实现精准的磁操控和复杂的操作任务。得益于运动增强扩散与反应的正反馈机制，负载脂肪酶的MMWRs在三丁酸甘油酯的降解过程中表现出显著的增强作用。具体来说，磁操控能够精准的定位到三丁酸甘油酯，并能够实现收集和操控；此外原位的旋转运动能够增强扩散作用，而脂肪酶催化反应的产物丁酸使得环境酸化，进而促进ZIF-8的分解，加速脂肪酶的释放，正反馈机制显著提高了三丁酸甘油酯的降解效率。基于MOF的可定制构筑方法为功能性磁操控微纳机器人的发展提供了新的路径，有利于推进在相关疾病治疗或环境应用的发展。
图2：脂肪酶负载的MMWRs的多种可切换运动模式和磁操控性能。
磁操控是目前研究最为成熟的微纳机器人操控方式之一，不仅能够提供精确的磁驱动和操控能力，而且无需额外的驱动燃料，因此具有优异的生物兼容性。在本研究中，采用数值模拟对不同瓣数的MMWRs进行了分析，并研究了其在一个周期内的瞬时速度。结果表明，五瓣结构具有更好的运动稳定性，有利于精确操控。通过三维亥姆霍兹线圈实现了对MMWR的精确磁操控，MMWRs展示了多种可切换的运动模式，包括轴向站立-躺下、顺时针和逆时针旋转、轴向滚动和径向滚动。这些不同的运动方式使得MMWRs能够适应多种生物环境。而且MMWRs展现出优异的磁驱动和精确的操控性能。
图4：MMWRs在复杂环境中的运动演示。
MMWRs在不同的生物介质中表现出非常好的运动能力，并且在磁场引导下能够精准到达指定位置（图4d-f）。对负载了脂肪酶的MMWRs进行荧光标记，能够实现在一些浅层组织中的荧光成像引导的运动控制。为其在生物医学领域的应用提供了有力支持。
图5：脂肪酶负载MMWRs对甘油三酯液滴的收集、运输和降解。
得益于微齿轮优异的磁操控性能，MMWRs能够操控收集液滴，并且能够运输到指定的位置（图5a）。降解甘油三酯的实验表明，在磁场的作用下，由于运动增强的扩散作用，负载脂肪酶的MMWRs的降解效率最高。此外，在降解甘油三酯的过程中，MMWRs发生了分解现象，这是由于降解过程中产生的酸性环境促使ZIF-8分解，释放出脂肪酶，从而形成了正反馈机制，进一步提高了甘油三酯的降解效率。
图6：逆流运动、甘油三酯的增强降解和PET成像。
在实际应用中，血流是一个不可忽视的重要因素，因此，在动态环境中的运动能力至关重要。结果显示，MMWRs能够有效的在模拟血液中实现逆流运动。此外，研究团队采用了PET成像技术实现了对于对微机器人进行跟踪与定位，为深层组织的成像与运动实时检测提供了可能。（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102198
