微纳机器人可实现活体深层组织的精准靶向递送，但其无创、高时空分辨率、具备分子对比度的实时可视化导航始终是领域技术瓶颈。本研究开发了一类发射峰位于1600nm的近红外二区（NIR-II）磁性纳米机器人，通过优化荧光组分与磁性组分的配比，兼顾了荧光成像亮度与磁操控性能，可在近红外二区成像的实时引导下，完成活体小鼠腹腔、后肢、肝脾及下消化道内的精准聚集与运动操控，并验证了其搭载药物治疗炎症性肠病的有效性，为精准医学领域提供了全新的技术平台。

该研究由Zideng Dai、Zhisheng Wu、Wayne Jason Li等学者共同完成，通讯作者为Lianqing Liu与Feifei Wang，论文题为《Real-time near-infrared II fluorescence navigation of magnetic nanorobots for image-guided therapy》，于2026年正式发表于学术期刊《Science Advances》。

重要发现
01NIR-II磁性纳米机器人的构建与性能优化
研究采用水包油乳化法，以可生物降解的PLGA为载体，将发射峰约1600nm的PbS/CdS核壳量子点与四氧化三铁磁性纳米晶共同包裹，再经DSPE-PEG修饰提升循环稳定性与生物安全性，最终得到粒径200-600nm的NIR-II磁性纳米机器人。

为平衡荧光成像性能与磁操控能力，研究设置了不同质量比的荧光组分与磁性组分配比，经系统表征验证：随着荧光量子点占比提升，纳米机器人的荧光亮度升高，但磁响应能力下降；反之则磁响应增强而荧光信号减弱。最终选定荧光组分与四氧化三铁质量比为3:7的配方，该配比下的纳米机器人可在96秒内被外磁场完全聚集，同时保留足够的荧光信号强度，实现了成像亮度与磁操控性能的最优平衡。细胞毒性实验证实，该纳米机器人在200μg/ml浓度下培养72小时仍无明显细胞毒性，具备良好的生物相容性。

成像参数方面，该纳米机器人采用808nm激光激发，通过1500nm长通滤光片采集1500-1700nm波段的NIR-IIb荧光信号，成像帧率最高可达50帧每秒，满足实时导航的时间分辨率要求。在模拟组织的仿体实验中，该成像体系在8mm深度下仍保持5.1的信背比，11mm深度下空间分辨率约70.9μm，验证了深层组织下的成像性能潜力。

磁性纳米机器人（NMNr）的制备与表征

在静态模拟血液环境中，纳米机器人可在1.2-2.4mm/s的运动速度下保持完整的聚集形态，无明显颗粒脱尾现象，最高运动速度受位移平台硬件限制。在动态流动环境中，将纳米机器人操控至贴近管壁处以降低流场冲击，当平均流速为210mm/s时，顺流与逆流方向的递送效率均可达到约90%；在调整用量与操控速度的条件下，其可耐受的最高流速可达600mm/s，覆盖了多数生理血管的血流速度范围。与同磁场强度、同操控速度的已有研究相比，该体系的递送效率与耐受流速均有数量级级别的提升。

模拟生物血管环境中磁性纳米机器人（NMNr）的近红外二区b荧光可视化操控

在腹腔导航中，研究采用双通路NIR-II成像方案：以吲哚菁绿经尾静脉注射标记肠道组织作为解剖参照，其发射信号位于1125-1175nm波段；纳米机器人信号位于1500-1700nm波段，二者共用808nm激发光源，通过不同滤光片实现双通道同时成像。实验证实，纳米机器人可在90秒内于腹腔内聚集形成直径约2.5mm的团簇，信号强度提升10.5倍；可完成往复运动与复杂轨迹运动，平均运动速度可达0.71mm/s，递送效率约90%，运动速度较此前同类研究提升约两个数量级。

腹腔内磁性纳米机器人（NMNr）双通道近红外二区实时可视化操控

在血管与实质器官靶向实验中，经尾静脉注射纳米机器人后，可通过外磁场引导其在小鼠后肢血管、肝脏、脾脏处精准聚集。后肢血管处的聚集信号在30秒内提升约3倍；肝脏与脾脏处的聚集信号在1小时后分别提升至初始值的2.2倍与1.7倍，实现了无创条件下的器官水平精准靶向。

近红外二区 b 波段无创成像引导磁性纳米机器人实现脏器靶向递送

下消化道内磁性纳米机器人运动的近红外二区b成像

口服给药后，无外磁场作用时纳米机器人12小时内可完全排出体外；施加外磁场后，纳米机器人在下消化道的滞留时间延长至16小时，约为无磁场组的2倍。基于此特性，研究将临床抗炎药物5-氨基水杨酸负载于纳米机器人中，在右旋糖酐硫酸钠诱导的小鼠结肠炎模型中开展治疗实验。结果显示，经磁导航靶向给药的实验组相比单纯游离给药组，疾病活动指数评分更低、体重下降更缓、结肠长度更长，炎症细胞浸润与组织损伤程度更轻，髓过氧化物酶活性显著降低，证实了成像引导下的磁控靶向给药可有效提升炎症性肠病的治疗效果，且小鼠主要器官无明显病理损伤，生物安全性良好。

近红外二区b荧光引导磁性纳米机器人用于炎症性肠病（IBD）可视化诊疗

创新与亮点
该研究突破了体内微纳机器人导航的多项成像技术瓶颈。针对传统MRI时空分辨率不足、CT/PET存在辐射风险、超声与光声成像分子对比度有限、可见光荧光穿透深度浅且自发荧光强的痛点，首次将NIR-IIb波段荧光成像用于磁性纳米机器人的活体实时导航，利用长波长光散射弱、组织自发荧光低的优势，实现了深层组织下的高分辨、高对比度、无辐射无创成像。

研究提出的双通路NIR-II成像方案，可同时获取纳米机器人位置与靶标组织的分子影像信息，解决了单一成像无法同时定位操控对象与解剖靶标的难题。该技术兼具实时性、分子特异性与深组织穿透能力，可适配腹腔给药、静脉靶向、口服消化道给药等多种场景，在靶向药物递送、炎症疾病精准治疗、微创手术导航等生物医疗领域具备明确的应用价值。

总结与展望
本研究构建了兼顾NIR-II荧光成像性能与磁操控能力的磁性纳米机器人体系，完成了体外模拟与活体多器官的导航验证，并实现了炎症性肠病的精准靶向治疗，为微纳机器人的体内可视化操控提供了可靠的成像技术路径。

未来可通过替换低毒性荧光探针、优化磁性材料与纳米粒径，进一步提升体系的生物安全性与操控精度，推动该技术向大动物实验与临床转化方向发展。

DOI:10.1126/sciadv.aea5126.