团队通过 COMSOL Multiphysics建立仿真模型，还原精子在光电镊系统中的介电响应过程，重点模拟了电极、光导层与精子的相互作用机制。通过系统分析电场分布、电荷密度及介电泳力变化规律，确定了兼顾操控效果与生物安全性的合理技术条件，理论上可产生稳定且足够的驱动力，确保对精子的精准捕获与操控，同时避免对精子造成损伤。

该光电镊平台围绕辅助生殖临床关键场景，开发了三大核心功能，全面解决传统技术痛点：

（1）单精子高精度操控，生物安全性获验证

研究者通过动态光场引导精子沿正方形轨迹运动，操控精度可满足细胞级需求，且在不同速度范围内性能稳定。实验验证显示，操控前后精子活力无显著差异，DNA碎片率未增加；采用 5% 葡萄糖溶液作为悬浮介质，0.5h实验窗口期内精子存活率与PBS缓冲液相当，避免介质对精子活性的影响。

图1. 单精子操作的实验分析

（2）多维度筛选，锁定优质精子

在多维度优质精子筛选方面，平台建立 “形态 - 活力 - 存活率” 三维筛选框架，以匹配ICSI对优质精子的核心需求：

①通过图像处理量化精子头部特征，优先捕获形态更优的精子；

②集成实时速度检测模块，精准识别高活力精子；

③结合Calcein-AM/PI 双荧光染色（活精子发绿色荧光、死精子发红色荧光），通过荧光与明场切换成像，实现无标记辅助的存活精子筛选。

图3. 荧光标记单精子选择的实验分析

（3）多精子并行 + 群体操控，提升临床通量

在多精子并行与群体操控方面，平台整合目标检测模型与路径规划算法，可在短时间内实现多个精子的有序排列，解决传统技术“单精子操控效率低”的问题。针对低浓度样本（模拟少精症场景），通过收缩正方形光斑，在90秒内实现120倍浓度富集，避免离心操作带来的机械损伤；针对高浓度样本，可实现精子群体的定向运输，逃逸率<1%，为ivf技术中“提升精卵相遇概率”提供新方案。<>

图5. 低浓度精子富集和高浓度精子定向运输

该研究的实验平台是微纳动力科技有限责任公司的Light Operator S2光电镊微纳操控平台。其硬件系统采用专业光学组件与光电镊芯片设计：光学部分搭配合适的投影、成像组件，兼顾分辨率与低光损伤，确保光场调控精准；微流控芯片采用对称导电结构与光导层设计，保障电场分布均匀，为精子操控提供稳定微环境。

软件系统支持实时光学图案控制，支持多种光场形态切换与参数调节；结合ByteTrack跟踪算法实现精子动态跟踪与无碰撞路径规划，操作人员可通过简单交互完成复杂操控任务，大幅降低临床操作门槛。

冯林，微纳动力CEO、北京航空航天大学“卓百”教授/博士生导师、国家长江学者（青年）、北京市杰出青年、北京市科技新星、JSPS学者、GCOE学者、高被引学者、主要研究方向为微纳操作和微纳米机器人。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”项目等国家级省部级项目20多项。获得机器人领域顶级会议IEEE ICRA在内的最佳论文奖等10项。带领学生获得全国大学生互联网+大赛金奖全国第二、首都挑战杯特等奖、冯如杯一等奖20多项。发表学术论文130篇，封面文章10篇。出版《微纳米机器人概论》教材一部、英文专著4部。研究主要集中在场控微纳载药机器人，建立靶向药物输送微纳机器人一体化制造与多场驱动技术体系，为新一代微纳米机器人制备及控制提供理论及方法支持。

北京大学第三医院生殖医学中心主任医师，泌尿外科专家，长期专注男性生殖健康与辅助生殖技术临床研究，在少精症、弱精症等男性不育诊疗领域积累丰富经验，开创完成北医三院首例显微输精管附睾吻合术、显微取精和显微输精管吻合术，致力于推动生殖医学技术的标准化与精准化，为众多不孕家庭解决生育难题。担任科技部重大专项等多项课题负责人，发表SCI论文10余篇，中文核心期刊30余篇，参编著作和译著23部。负责和参与多项国家级及市级重点科研项目，如“男性不育的环境-基因交互作用研究”，“睾丸间质干细胞自体移植治疗Klinefelter综合征性腺功能低下及其分子机制”等。