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微纳马达是基于活性颗粒发展起来的新兴技术，推动了生物医学诊疗/给药、微纳机器人等领域的发展。微纳马达从溶液环境或磁、光、声、热、电等外场获取能力以实现自发运动，解决了微纳机器人的运动问题；而提升微纳马达功能，实现可靠便捷的操控，是对接应用需求、向微纳机器人发展所必须解决的问题。近日，澳门赌场力学研究所非线性力学国家重点实验室微纳米流体力学团队发展了具有特色的磁导航气泡微机器人，并基于此实现了对胚胎等生物微颗粒亚纳克精度的质量/密度测量。相关研究成果以Sub-nanogram Resolution Measurement of Inertial Mass and Density Using Magnetic-field-guided Bubble Microthruster为题发表在Advanced Science上，并被选为封面文章。该研究搭建了亥姆霍兹线圈三维磁场操控系统，集成了手柄操控功能，实现了对磁导航气泡微机器人的运动控制以及对周围微颗粒的抓取、推进、驻留等操控功能。不同于以往研究仅将微气泡视为能量来源，这一技术利用气泡生长/融合过程引起的流体力学作用，尤其是气泡引起的瞬时射流提供了微纳尺度稀有的惯性效应。微气泡融合过程产生瞬时射流速度可达1 m/s量级，成为对目标颗粒实现微推进或施加瞬时惯性冲击的气泡推进器。科研人员通过实验确定了目标颗粒惯性响应的三阶段特性以及适合产生针对目标颗粒射流推进的工作区间。目标颗粒对惯性射流冲击的响应，尤其是对第二阶段瞬时射流冲击以及第三阶段速度衰减的实验结果拟合，可以确定颗粒的弛豫时间τp = 2Rp2ρp/9μ，并由此测量颗粒质量或密度。研究采用不同密度、质量的微颗粒进行实验方法的验证。结果显示，该技术的测量精度约为0.1 ng。这一技术具备检测细胞质量/密度的能力，填补了对胚胎/细胞的质量/密度实时、便捷测量的技术空白。该技术具备快捷、易操控、成本低等优势。此外，针对基于密度变化监控胚胎发育过程的需求，该技术被用于测量E3.75-E4.0时期小鼠胚胎的密度。该工作由力学所、西安建筑科技大学、北京航空航天大学合作完成。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、澳门赌场战略性先导科技专项（B类）的支持。论文链接科学家提出基于气泡微马达实现亚纳克精度胚胎实时测量的新技术