辅助生殖技术（ART）作为应对全球不孕不育问题的关键手段，其发展在不断提升治疗规模的同时，也面临技术瓶颈——胚胎妊娠成功率长期停滞在30%左右，且难以突破年龄相关生育力下降的挑战。近日，一篇发表于《Nature Nanotechnology》的前沿综述系统阐述了如何通过人工智能、微型机器人与纳米生物传感器的融合创新，从操作自动化、评估精准化和诊疗微创化三个维度，重塑未来生殖医学的技术格局。
Striggow F, Jha P, Arora R, Medina-Sánchez M. Navigating the future of assisted reproductive technology with micro-robotics, nanobiosensors and artificial intelligence.Nat Nanotechnol. Published online December 29, 2025. doi:10.1038/s41565-025-02093-x
体外操作自动化
目前，配子与胚胎的检测、筛选及操作主要依赖人工，主观性与操作差异成为标准化和效率提升的瓶颈，而计算机辅助精子分析技术已率先实现精子活力、浓度等参数的自动化评估，成为 ART 自动化进程的起点。在此基础上，深度学习与机器人技术推动了更复杂流程的突破：基于深度学习的视觉系统可精准识别卵母细胞极体并引导机器人微针完成定向旋转，为自动化 ICSI 操作奠定基础且已通过初步临床试验验证，自动化囊胚三维重建成像与活检技术也进一步减少了人工误差。更具创新性的磁性介导操控技术，通过透明带结合蛋白（OVGP1）修饰磁性纳米颗粒实现了卵母细胞与胚胎的非接触式精准操控，且不影响受精与子代健康，专用磁性微载体的成功开发也为体外无束缚转运配子、优化处理流程提供了稳定支持。
分析评估精准化
精准筛选高发育潜力的配子与胚胎，是提升ART成功率的核心环节，而新型成像与传感技术正为此提供前所未有的技术支撑。微流控系统，无论是被动式设计，还是与电场或声场结合的主动形式，已被应用于筛选DNA损伤指数较低的精子细胞，通过其独特的物理分选机制提升精子质量。与此同时，高光谱成像技术展现出了强大潜力，能够直接、无创地检测卵母细胞和胚胎中的多种代谢物，从而量化其代谢活性。当这一技术与人工智能算法相结合，便有望根据发育潜力对卵母细胞与胚胎进行客观分类。
在微观尺度上，量子传感技术——即基于原子层面现象进行测量的方法——正将传感器的精度推向新的高度。例如，通过局域纳米级磁共振成像中的金刚石磁强计，该技术已被用于量化精子顶体中的自由基，为精子质量评估开辟了全新的微观维度。针对胚胎无创基因筛查这一长期存在的技术难点，研究人员取得了重要进展：一种AI辅助的纳米传感器已成功开发，它能够通过分析胚胎培养液中存在的微量遗传健康生物标志物来实现筛查，从而避免了传统侵入性活检对胚胎的潜在影响。
诊疗干预微创化
无线操控的微型与纳米机器人为实现对敏感生殖细胞的精细、微创操作带来了革命性前景。其中，磁性微型 / 纳米机器人（Magnetic Micro/Nanorobots, MNRs）通过集成磁性材料并由外部磁场驱动，能够精准控制卵子或胚胎的旋转与平移，优化体外观察与处理流程。例如，旋转磁场驱动的 MNRs 已实现精子细胞的远程控制转运，专用磁性微载体也可用于体外无束缚转运卵母细胞和精子细胞，通过精准操控优化配子相遇过程。其尺寸与配子相近，为将来在输卵管等狭窄生理腔道内进行微创操作奠定了基础。
除了优化体外操作流程，MNRs 的核心潜力更体现在体内微创诊疗场景的拓展。它们可作为智能载体，将精子靶向递送至输卵管受精部位，或将胚胎精准放置于子宫最佳着床点，从而降低传统移植操作的侵入性。此外，作为药物或基因递送平台，MNRs 能够提高对卵巢癌等妇科疾病治疗的靶向性，减少全身用药带来的副作用。通过集成热疗、成像等多种功能模块，其应用场景将进一步扩展。
跨学科融合展望
人工智能、材料科学与微纳制造的发展，催生出辅助生殖领域的新型技术工具。尽管磁性微型 / 纳米机器人（MNRs）的体内应用仍存障碍，但其一在体外自动化操作（如卵胞浆内单精子注射、胚胎操控）中的价值已明确，结合 AI 的质量评估，有望高效筛选优质配子与胚胎。长远来看，相关技术还可延伸至避孕、妇科疾病治疗等领域。当前 AI 与体外配子发生技术发展最快，AI 可无创预测胚胎倍性，体外配子发生技术能通过体细胞培育配子，为特殊患者带来希望，不过干细胞培育人类胚胎的临床转化需攻克技术与伦理难关，干细胞疗法也在探索中，有望拓展辅助生殖路径。
体内生殖环境的复杂性是新型微纳米技术临床转化的主要障碍，而微纳技术与组织工程学、材料科学的融合，可为生殖过程的细胞分子层面研究提供支持，拉近基础研究与临床应用的距离。近期研究通过构建胚胎微环境模型，明确了机械力在着床中的关键作用，未来结合纳米技术可进一步评估胚胎着床能力。此外，纳米生物传感器能监测生殖相关指标，纳米材料可助力仿生生殖微环境构建，这些工具将加深对生殖生物学的认知，推动更安全高效的不孕不育治疗方案研发。