新型磁驅軟體機器人實現高效安全藥物轉運

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3月11日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所副研究員徐海峰團隊在《美國化學學會—納米》雜志發表最新成果。研究團隊開發了一種用于靶向遞藥的磁驅軟體機器人，該微型機器人能根據器官內不同地形的機械特點，運用與環境最安全的交互方式，進行效率與生物安全兼顧的生物貨物轉運和釋放。

藥物輸送系統或手術器械必須克服目標小腔道內平坦區域、褶皺和狹窄通道等復雜的結構形貌。在輸卵管等小腔道內進行細胞和藥物等物體轉運，對手術器械或軟體機器人的精度提出了更高要求。

對此，科研人員提出一種在輸卵管內進行靶向藥物輸送的新手段，利用磁驅微型軟體機器人在行進中進行原位編程和運動模態的切換，以適應輸卵管中復雜環境的變化，最終在穿過狹小空間后，進行可控的藥物釋放。

這一微型機器人通過在高速剛性運動和高適應性軟驅動之間不斷切換其運動模式，可在具有復雜內部結構和復雜表面形貌的輸卵管中有效導航。單個毫米機器人可實現仿土虱滾動和翻轉、仿精子旋轉和仿蛇滑行等多個運動模態，分別用于通過不同的障礙物場景，包括平坦區域和高臺階、狹窄的通道和固液界面。

基于原位編程策略，單個磁驅軟體機器人實現多個運動模態 科研團隊供圖

“磁驅軟體機器人的滾動模態可實現高速運動，速度可達每秒23毫米。藥物釋放既能通過溶解緩慢釋放，也可通過激光在14秒內快速釋放。”論文共同第一作者、深圳先進院醫工所副研究員劉源介紹，這為人體內難以進入的小腔道環境進行有針對性的醫療診斷應用帶來新的方向，減少了微組織損傷和藥物副作用。

研究團隊還在離體豬輸卵管中控制微型軟體機器人執行自適應多模態運動和藥物遞送，離體輸卵管提供了真實的生理環境，具有各種類型的屏障，包括平坦區域、皺紋、粘液層和狹窄通道。結果表明，在磁場下，微型機器人朝著目標區域前進，在100秒內運動了55毫米，在目標區域快速釋放藥物，展示了這一新型機器人對輸卵管環境的適應性。

此外，研究團隊還證明了微型軟體機器人通過局部區域內生物貨物釋放以治療如腫瘤、粘連、感染和炎癥等女性上生殖道疾病的潛力。

“接下來，我們希望將其與正在研究的微納機器人和現有的微創手術器械整合，以提高其在各種醫療場景中的多功能性，開發一種能跨尺度進行細胞、診療藥物等生物樣本體內靶向轉運的機器人系統。”論文通訊作者徐海峰表示。

相關論文信息：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.3c09753