在日常生活中，我们常用机械方法来抓取物品。但对于肉眼无法察觉的微纳尺度的物体，则可以另辟蹊径，借助「光」的力量。

  2005年，美国伯克利大学学者提出了“光电镊技术”，顾名思义就是用光电作用来抓取微小物体。

  光电镊技术是光镊与介电泳相结合的新型操纵技术。基于介电泳操纵的原理，利用光学电极代替传统的物理电极，借助投影设备在光电导层投射光学图案形成动态光虚拟电极，进一步诱导形成非均匀电场，实现对微纳米尺度物体的操纵。

  传统的机械镊子在夹持物体时，必须使镊尖触碰到物体，并施加一定的压力才能钳住物体。而光电镊作为一种温和的非接触式的操纵方式，可使物体整个受到光电的束缚，通过可变光学图案灵活地操控和定向控制细胞、病毒及大分子等微粒。

  由于光电镊研究涉及光学、半导体、微纳加工、机器人控制、材料学、生物力学等前沿学科理论，全球仅有一家美国上市公司，历经近20年的努力才实现了光电镊技术的商业转化，其单台设备售价就高达2500万元。

  高耸的技术壁垒和稀缺的专业人才，使得我国此前在光电镊领域的研究几乎处于半空白状态。然而这一局面已被打破。

  微纳动力(北京)科技有限责任公司（简称“微纳动力”）成立于2022年3月，是国内首屈一指的拥有光电镊细胞分选芯片研发、生产及销售能力的企业。致力于成为微纳米光电操控技术与微纳米机器人引领者。目前公司围绕光控和磁控分别开发了高通量细胞分选设备和磁控纳米机器人，旨在推动精准医学在肿瘤治疗等领域的应用。

  成立不到一年半时间，公司已迅速完成两轮融资，2022年8月天使轮由泰煜投资、柏彦基金、京津冀国家技术创新中心、元和资本、北航天汇等投资；近日，公司又顺利完成数千万preA轮融资，由粤港澳大湾区协同创新研究院、广州科学城创投、中关村发展集团科技服务板块雨林基金、新高地资本联合投资，北航天汇继续追加投资，清科资本担任公司的独家财务顾问。

  攻克光电薄膜制备、显微光学成像畸变等难题，自主研发基于光电镊的高通量细胞分选设备

  单细胞筛选技术在生物制药领域有着重要的应用。单细胞筛选设备将众多细胞分离、分析、最后将所需的单个细胞提取出来，再用于抗体药物、细胞疗法的后续操作，该技术使得细胞生物学、肿瘤学、免疫学等进入单细胞微手术操作和分子水平。

  目前市面上常见的单细胞筛选方法有显微操作法、有限稀释法、流式细胞术等，这一些方法多是基于荧光染色法，需要长达数月的人工操作才能完成。由于人手操作的局限性，轻易造成假阳性率高、筛选通量低、全流程无法可视化等问题，且这样筛选出来的细胞功能活性可能会受到破坏，极度影响免疫细胞疗法在肿瘤治疗等应用中的成功率。

  针对以上痛点，经过多年的技术攻坚拔点，微纳动力自主研发出了“基于光电镊的高通量细胞分选设备”。

  微纳动力的高通量细胞分选设备，获首批国家重点研发计划颠覆性技术创新重点专项项目

  据微纳动力创始人冯林教授介绍，光电薄膜制备技术是光电镊的核心技术壁垒之一。光镊虽然为捕获单个粒子提供了很高的分辨率，但存在激光导致热损伤、焦点操控细胞数量有限等问题；而介电泳技术虽实现了高通量，但缺乏控制单个细胞所必需的灵活性和空间分辨率。如何将二者扬长避短地有机结合，就一定要通过特殊设计的光电薄膜。微纳动力基于半导体技术的光电膜结构层设计和溅射制备工艺的薄膜参数研究，探索出了自主制备光电薄膜的技术。

  除核心光电薄膜外，在成像系统方面，团队针对传统光路图像畸变、分辨率低等问题，对光路进行了优化，利用缩束器、傅里叶变换透镜，特殊定制了所有的光学透镜，完全自主开发了一整套光学成像系统，构建了高分辨率、无畸变的成像系统。

  光电镊芯片（Optoelectronic Chip）自研的具有2万个微米级单细胞腔室芯片

  通过攻克系列技术，微纳动力的高通量细胞分选设备实现了无接触的细胞操作能力，能在不损伤细胞的前提下，有效保证分选细胞的活性。兼顾了高通量和精准化能力，可实现对细胞、细菌、微生物等微纳米尺寸生物颗粒的并行操控。

  除此之外，该设备还实现了全流程自动化，能将传统数十天至上百天才能完成的细胞分选、测试、分析等流程压缩至几天内完成，极大地节约了人力和财力成本，大幅度的提高了细胞分析等有关技术的产业化水平。

  据悉，该设备现已实现每轮细胞筛选时间在1天左右；每轮筛选细胞个数≥10000；独立单细胞操控速度达200μm/s；筛选全流程细胞活率达到80%以上。技术水平自主可控，达到国际先进水平。

  光电镊微操控系统不但可以用于实验室与研究机构，其高效的生物微粒培养分离效率及高精度捕获微粒的特点，也适用于医疗中病原体的检测、癌症检测、细菌耐药性检测、PCR技术前处理及理想微粒筛选等，可极大地提升微粒筛选培养速度、缩短分离纯化生物微粒的周期，提高生物制剂的开发效率，在生物医疗领域应用潜力无限。

  微纳动力的光电镊微控系统目前已完成样机和联调，并进入国内多家大型生物医药研发公司、CRO企业试用。

  除了上述介绍的光电镊技术，微纳动力也致力于运用电磁力驱动磁性物质，实现精细运动。基于该方向的技术探讨研究，公司开发了主动靶向给药微纳米机器人和磁悬浮胶囊胃镜机器人等。

  据冯林教授介绍，受到传统给药方法的限制，只有不足 1% 的药物真正能够在病灶上起效。而分子（被动）靶向药物靶向率低，到达肿瘤位置的分子靶向药物仅占总量的0.7，且肿瘤杀伤效果有限，易产生耐药性。如果能把消毒液精准投送到肿瘤组织而不对其他脏器产生一定的影响的话，消毒液也可以是非常好的抗肿瘤药物。然而受限于现有递送工具限制，没人敢把消毒液注射到人体内，因此开发出精准的药物递送系统极为重要。

  微纳动力通过对人体内微环境深度调研，和肿瘤学专家深度合作针对多种肿瘤应用场景，如脑胶质瘤、淋巴大B肿瘤、肝肿瘤、乳腺癌肿瘤等，设计出了多款不同的主动靶向给药微纳米机器人，配合自研的超大型强电磁操控设备，可在体内复杂血管环境下精准流动，对肿瘤进行主动的靶向给药，能将药物靶向率从0.7%提升至70%，革新现有的癌症治疗方式。

  冯林教授课题组近期在Research上发表了微纳米机器人在血管中逆流的研究

  冯林教授告诉动脉网，微纳米机器人最终是要应用于临床肿瘤治疗上，并非只是炒概念，“我们的真正优点是把微纳米机器人应用于小鼠体内，且肿瘤抑制率达到了 91%”。

  无论是高通量细胞分选设备，还是磁控微纳米机器人，亦或是公司在研的自动化微纳米机器人合成仪、微纳米机器人耗材套件、微纳米机器人磁控成像一体机等先进产品，要在肉眼无法看到的微纳尺寸中实现系列技术的集成与创新，无异于“螺丝壳里做道场，方寸之间做腾挪”。

  虽然微纳动力的成立时间并不长，但公司能够在科研技术能力、管线规划维度和临床进展三个方面同时取得卓越进展，离不开背后强大的专业团队。

  公司创始人冯林教授，北京航空航天大学“卓越百人计划”教授，博士生导师，国家长江学者（青年）、北京市杰出青年基金获得者、北京市科技新星。入选2011年日本机械工程师学会优秀年轻学者、2012年GCOE学者、2013年日本学术振兴会JSPS学者、2020年IEEE国际微纳米机器人技术委员会理事、中国微纳米机器人学会理事。获得国家重点研发计划，智能机器人专项“靶向药物输送场控微纳米机器人精准化技术与医用基础研究”项目，以及首批国家重点研发计划“颠覆式技术”，“基于高敏感性光电薄膜的光电镊单细胞无损自动化筛选设备”仅21个项目获批，等国家级、省部级项目20多项。目前担任Bio-Design and Manufacturing、Cyborg and Bionic Systems副主编兼任中国机械工程学会生物制造分会组织委员会副主任委员、中国微米纳米技术学会微纳机器人分会理事。国际机器人顶级会议IEEE机器人和自动化国际会议(ICRA)、智能机器人与系统国际会议(IROS)的编委、分会主席等。

  在Research、International Journal of Robotics Research、Small、Lab on a chip等期刊发表论文130篇，其中SCI收录70余篇(封面文章10篇，高被引1篇)，EI国际顶会ICRA、IROS等收录60余篇、获得IEEE机械工程领域最佳论文奖等10次。出版微纳米机器人领域首部教材《微纳米机器人概论》及英文专著共4部。主要研究领域包括：智能微纳米机器人与微纳操作系统（主要使用在于癌症靶向治疗、组织工程及再生医疗等）。

  其余小组成员即冯林教授在北航的课题组成员。公司全员均为硕博学历，由冯林教授亲自带队培养。成员学科背景多样，既有生物医学工程、材料学临床医学背景，也有工程、计算机和机器人背景。各前沿学科交织融合，为创新注入源源不竭的动力。

  商业化方面，微纳动力已与北京同仁医院、清华大学医学院、北京天坛医院、北京世纪坛医院等多家医疗机构达成合作。

  目前公司正在寻求新一轮融资，以用于新技术产品的研发与现有产品的商业化落地，以及完善人才队伍。

  参考资料：《京津冀中心学术合伙人 北京航空航天大学冯林教授团队：国产光电镊微纳操作系统，创新突破国外技术垄断》

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