3.3 传感与感知技术
纳米机器人需感知环境信息（如pH值、温度、生物标志物）以实现精准作业，但其尺度限制了传统传感器的集成，因此需采用微型化或功能性材料替代方案。
3.3.1 物理信号传感
- 温度传感：利用金纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）效应，其光学吸收峰随温度变化而移动，通过检测光谱变化可实现温度传感，精度达0.1℃。
- 磁场传感：采用磁性纳米颗粒（如Fe₃O₄），其磁矩变化可通过磁共振成像（MRI）检测，间接反映机器人所处位置的磁场强度。
3.3.2 化学信号传感
- pH传感：利用聚电解质材料（如聚赖氨酸）在不同pH环境中的电荷变化，导致纳米机器人的zeta电位改变，通过电泳技术可检测pH值，适用于肿瘤微环境（pH约6.5，低于正常组织的7.4）的识别。
- 生物标志物传感：通过抗体、适配体等生物分子修饰纳米机器人表面，当与目标标志物（如肿瘤标志物CA125）结合时，会引发机器人光学或电学性质的变化。例如，量子点标记的纳米机器人在结合抗原后，荧光强度会发生淬灭，可实现对微量标志物的检测，灵敏度达10⁻¹² mol/L。
3.3.3 生物信号传感
- 细胞信号传感：利用纳米机器人表面的肽段与细胞表面受体的特异性结合，通过检测机器人的聚集程度判断细胞类型（如正常细胞与癌细胞）。2023年，斯坦福大学团队开发的“肽修饰纳米机器人”可识别癌细胞表面的整合素受体，在荧光成像下实现癌细胞的精准标记。
- 离子浓度传感：通过离子选择性电极（如银纳米线修饰电极）检测生物体内的离子浓度（如Ca²⁺、K⁺），为神经疾病诊断提供依据。
3.4 控制与导航技术
纳米机器人的控制需实现对其运动轨迹、作业时机的精准调控，由于无法集成复杂控制系统，目前主要依赖外部远程控制或预设程序控制。
3.4.1 远程控制技术
- 磁场控制：通过多自由度磁控系统（如三维亥姆霍兹线圈）产生可编程磁场，实现纳米机器人的速度与方向调控。例如，通过旋转磁场的角速度控制螺旋形纳米机器人的前进速度，通过磁场方向改变实现转向，定位精度可达5微米。
- 光控技术：利用空间光调制器产生结构化光场，实现对多个纳米机器人的独立控制。2021年，MIT团队利用全息光镊技术，同时控制10个光驱动纳米机器人完成“协同搬运”任务，为集群控制提供了新思路。
- 声控技术：通过调整超声波的频率与相位，控制纳米机器人的运动模式（如直线运动、旋转）。清华大学团队在2024年开发的“声控纳米机器人集群”，可通过不同频率的超声波实现“分散-聚集”状态切换，提高肿瘤组织的药物富集效率。
3.4.2 自主导航技术
- 环境响应导航：利用生物体内的梯度信号（如pH梯度、氧浓度梯度、化学趋化因子）实现自主导航。例如，肿瘤组织因缺氧会释放乳酸，形成浓度梯度，化学驱动型纳米机器人可沿梯度方向向肿瘤移动，实现“被动靶向”。
- 生物仿生导航：模拟生物的导航机制，如利用趋磁细菌的磁小体感知地球磁场的原理，在纳米机器人中集成磁性纳米颗粒，实现沿磁场方向的自主运动。
