（材料科学与工程学院/文、图）近日，在国家自然科学基金、广东自然科学基金和深圳市科技项目的资助支持下，哈工大（深圳）马星教授课题组的陈昱铎同学（校区第二届、2017级本科生）以第一作者身份在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Carbon Helical Nanorobots Capable of Cell Membrane Penetration for Single Cell Targeted SERS Bio-Sensing and Photothermal Cancer Therapy”的论文。哈工大（深圳）为通讯单位，马星教授与深圳大学孙燕明助理教授为共同通讯作者。

在微纳米尺度下使用无线操控器件完成细胞膜的穿刺，对药物输运、微创手术、基因编辑等生物医学领域的基础研究与医疗应用具有重要意义。自1911年报道的微针注射研究开始，各种针对细胞的穿膜技术和跨膜递送策略被研究人员提出，但现有大多技术均存在可操控性弱、设备相对复杂、靶向精准性差、跨膜效率低等问题。而微纳米机器人作为一种将能够将其他形式能量转换为机械能的小型化无线操控器件，可实现自驱动的靶向运动，并且能够在复杂的微环境中完成超微型的操作任务。

哈工大（深圳）马星课题组与深圳大学孙燕明助理教授合作，开发了一种磁控驱动的碳基材料螺旋纳米机器人，并将其用于无线操控的细胞膜精准穿刺，同时还实现了细胞内生物信号的检测和单细胞靶向光热杀伤癌细胞的诊疗功能。首先，研究团队通过经济易操作的化学气相沉积和物理沉积技术，批量化制备出了磁性螺旋纳米机器人。并基于磁控旋进运动的策略，开展了对纳米机器人的精准运动控制与运动行为分析，进而控制纳米机器人实施单细胞的靶向穿刺。通过激光共聚焦染色分析，证实了纳米机器人对细胞膜以及核膜的机械突破能力。该纳米机器人可以进一步完成胞内的生物拉曼信号的采集，并且科研利用自身材料的光热效应，实现对单细胞靶向的光热杀伤癌细胞。这项工作提出了对细胞膜机械穿孔的新途径，为开发诊疗一体化的生物医用微纳米载体平台提供了新思路。

论文第一作者系哈工大（深圳）材料学院2021届本科毕业生陈昱铎同学。2019年10月，陈昱铎即进入生物智能材料实验室参与课题研究工作。在马星教授的指导与课题组同学的帮助下，陈昱铎凭借对科研的无比热情，一直坚持对本课题进行探索研究，克服了诸多实验困难。在本科毕业后，为继续完成课题工作，陈昱铎同学毅然选择放弃海外硕士留学项目，作为课题组的临时研究助理继续留校进行实验工作。在疫情防控期间，仍然坚持在实验室完成课题实验工作。陈昱铎同学目前已经获得了洛桑联邦理工(EPFL)-材料科学与工程硕士项目录取，拟于今年秋季学期赴欧洲留学，继续研究生的学习深造。（审核：徐成彦）

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202200600

图1 磁性螺旋纳米机器人的制备、进行细胞膜穿孔、完成胞内信号检测、以及单细胞靶向光热杀伤癌细胞示意图

图2 a) 纳米机器人进行细胞钻刺及拉曼增强信号检测示意图；b) 细胞靶向和穿刺过程视频截图；c) 细胞钻刺过程的瞬时速度变化；d) 被钻刺细胞的激光共聚焦染色成像；e) 归一化的磁场强度与压力分布模拟图；纳米机器人从f) 细胞质和g) 细胞核采集的生物拉曼信号。