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近年来，细菌感染，尤其是由生物膜引发的慢性炎症，已成为全球严峻的健康挑战。传统治疗手段如抗生素、冲洗或手术操作在面对深部感染时往往效果有限，且易诱发耐药性、造成组织损伤。
生物膜由细菌及其分泌的胞外聚合物形成，结构复杂，抗药性强，已成为复发/难治性慢性炎症的重要根源。其中，鼻窦作为解剖结构复杂、空间狭窄的区域，易形成顽固生物膜感染，长期炎症甚至可能累及中枢神经系统，带来严重临床风险。
近日，广西大学张亚斌教授、香港中文大学张立教授和深圳大学王奔副教授开展交叉合作，提出的光磁协同光催化抗菌微型机器人在清除鼻窦炎生物膜的治疗中取得进展。
研究成果以“Photocatalytic microrobots for treating bacterial infections deep within sinuses”为题，于2025年6月26日发表于Science Robotics杂志上。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adt0720
Cu单原子掺杂的磁性碘氧化铋微型机器人（CBMRs）的设计融合了多种先进技术。其一，铜单原子的掺杂提高了微机器人的光催化活性，使其能够在光照下持续产生大量活性氧（ROS），实现高效化学灭菌。其二，微机器人的Janus结构设计实现了催化性能与磁性能的高效集成，使其能够充分发挥两者的协同优势。借助磁驱动集群效应，微机器人能够有效破坏生物膜的机械结构；同时在外部磁场的引导下，微机器人还可以实现精准导航和定位，从而确保治疗的精确性，快速实现生物膜的精准根除。其三，这种Fe3O4粒子部分暴露的Janus结构设计，还能增强光热响应。在光照下，微机器人能够迅速升温，进而显著降低脓液的黏度，增强其生物屏障穿透能力。
为实现微机器人在复杂生物环境中的高效应用，研究团队将抗菌微型机器人与磁控微光纤协同，形成了能在狭窄腔道部署的光催化治疗方案。通过磁控光纤在外部磁场下的弯曲及与微机器人集群的协同运动，实现了对鼻窦等腔道内炎症的精准光催化治疗。这一创新技术解决了在狭窄腔道中有效激活光响应型微机器人的关键技术问题，为深层组织感染的治疗提供了技术支持。
图- 用于体内深部生物膜感染治疗的磁控光纤辅助光催化微机器人系统示意图
研究团队在新西兰兔鼻窦炎模型中进一步验证了CBMRs的治疗效果。CT成像显示，CBMRs可在光磁协同作用下穿透生物屏障并精准到达感染区域。治疗后，组织恢复良好，未见明显损伤，显示出良好的生物相容性。
该技术为深部生物膜感染的治疗提供了新方案，也展示了微创机器人在复杂体腔治疗中的应用潜力，未来有望拓展至多个临床领域，推动智能微创医疗的发展。
广西大学2023级博士生余海东与香港中文大学机械与自动化工程系博士生刘旭睿为论文的共同第一作者。广西大学资源环境与材料学院张亚斌教授、香港中文大学机械与自动化工程系张立教授、深圳大学化学与环境工程学院王奔副教授为论文的共同通讯作者。
本研究得到了国家自然科学基金、广西壮族自治区科技厅、香港研究资助局（RGC）、裘槎基金会、深圳市科技计划的资助，并获得了中国科学院深圳先进技术研究院—香港中文大学机器人与智能系统联合实验室、创新香港研发平台（InnoHK）医疗机器人创新技术中心等平台及徐青松教授、邹炳锁教授、刘熙俊教授、丁建宁教授、徐琳教授等专家的大力支持。
张亚斌，广西大学资源环境与材料学院教授，博士生导师，致力于微纳仿生材料及所衍生功能器件研究，主持国家自然科学基金面上/地区基金项目、广西自然科学基金重点项目等项目；以第一/通讯作者在Sci. Adv.、Adv. Funct. Mater. （5篇）、ACS Nano、Adv. Sci.等期刊上发表SCI论文40篇；获国家授权发明专利3项。
张立，教授、博导，2012年加入香港中文大学机械与自动化工程学系任教，现任SIAT-CUHK机器人与智能系统联合实验室主任，兼任香港中文大学医学院外科系礼任教授。张教授是国际电气与电子工程师学会（IEEE Fellow）、美国机械工程师学会（ASME Fellow）英国皇家化学学会（FRSC）、亚太人工智能学会（FAAIA）和香港工程师学会（FHKIE）会士、香港中文大学工程学院杰出学人、香港青年科学院成员（member of YASHK）。他也是2020年与2021年国际电气与电子工程师学会纳米技术委员会（IEEE NTC）杰出讲师。张立教授的主要研究领域包括微小尺度机器人学及其生物医学应用。他在Science Robotics（4篇），Nature Machine Intelligence（3篇）, Nature Materials, Nature Biomedical Engineering, Nature Synthesis, Nature Reviews Bioengineering, Science Advances（13篇）, Nature Communications（8篇）等国际著名刊物上发表SCI学术论文、综述以及受邀撰写专业评述共400余篇（H指数86）。关于人造细菌鞭毛的研究工作于2012年被吉尼斯世界纪录收录为「最先进的医疗微型机器人!关于史菜姆机器人和医用微集群的研究也连续三年（2022-2024）入选由京港学术交流中心评选的「香港十大创科新闻」。张立教授曾多次获得国际发明展金奖,包括日内瓦国际发明展陪审团祝贺金奖和中东国际发明展览会金奖。他也获得多个国际会议论文奖项，包括ICRA2010, IROS2012, CASE2020和MARSS2022。他同时也是IEEE T-RO和IEEE T-ASE的副主编（Senior Editor）, 及SmartBot等多个专业期刊的编委。
课题组主页：
http://microbot.mae.cuhk.edu.hk/
王奔，深圳大学副教授。致力于磁控微型机器人系统的基础科学问题与关键技术研究。以第一/通讯在Sci. Robot.（2篇）、Nat. Biomed. Eng.、Sci. Adv.、Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater. （2篇）、Adv. Funct. Mater. （4篇）、Adv. Sci. （3篇）、ACS Nano（2篇）、The Innovation等刊物上发表论文50余篇，7篇入选“ESI高被引论文”，总被引6000余次（Google scholar数据），H因子34。获中国电子学会自然科学二等奖（排名第二）、入选由京港学术交流中心评选的「香港十大创科新闻」、入选2023、2024年度全球前2%科学家榜单等。研究成果受到Nature官网、Science Robotics、科学网重点报道。目前为中国微米纳米技术学会高级会员、国际仿生工程学会会员、中国化学学会会员；Research、Journal of Bionic Engineering、Advanced Bionics、Smartbot、Soft Science等期刊青年编委；《胶体与聚合物》和Biomimetics期刊编委。
主页：
http://chem.szu.edu.cn/szdw/zyjs/hxx/tpfyjy/wb.htm
