作者:徐海峰等 来源:《美国化学学会—纳米》 发布时间:2024/3/18 10:56:02
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新型磁驱软体机器人实现高效安全药物转运

 

3月11日,中国科学院深圳先进技术研究院医工所副研究员徐海峰团队在《美国化学学会—纳米》杂志发表最新成果。研究团队开发了一种用于靶向递药的磁驱软体机器人,该微型机器人能根据器官内不同地形的机械特点,运用与环境最安全的交互方式,进行效率与生物安全兼顾的生物货物转运和释放。

药物输送系统或手术器械必须克服目标小腔道内平坦区域、褶皱和狭窄通道等复杂的结构形貌。在输卵管等小腔道内进行细胞和药物等物体转运,对手术器械或软体机器人的精度提出了更高要求。

对此,科研人员提出一种在输卵管内进行靶向药物输送的新手段,利用磁驱微型软体机器人在行进中进行原位编程和运动模态的切换,以适应输卵管中复杂环境的变化,最终在穿过狭小空间后,进行可控的药物释放。

这一微型机器人通过在高速刚性运动和高适应性软驱动之间不断切换其运动模式,可在具有复杂内部结构和复杂表面形貌的输卵管中有效导航。单个毫米机器人可实现仿土虱滚动和翻转、仿精子旋转和仿蛇滑行等多个运动模态,分别用于通过不同的障碍物场景,包括平坦区域和高台阶、狭窄的通道和固液界面。

基于原位编程策略,单个磁驱软体机器人实现多个运动模态 科研团队供图

“磁驱软体机器人的滚动模态可实现高速运动,速度可达每秒23毫米。药物释放既能通过溶解缓慢释放,也可通过激光在14秒内快速释放。”论文共同第一作者、深圳先进院医工所副研究员刘源介绍,这为人体内难以进入的小腔道环境进行有针对性的医疗诊断应用带来新的方向,减少了微组织损伤和药物副作用。

研究团队还在离体猪输卵管中控制微型软体机器人执行自适应多模态运动和药物递送,离体输卵管提供了真实的生理环境,具有各种类型的屏障,包括平坦区域、皱纹、粘液层和狭窄通道。结果表明,在磁场下,微型机器人朝着目标区域前进,在100秒内运动了55毫米,在目标区域快速释放药物,展示了这一新型机器人对输卵管环境的适应性。

此外,研究团队还证明了微型软体机器人通过局部区域内生物货物释放以治疗如肿瘤、粘连、感染和炎症等女性上生殖道疾病的潜力。

“接下来,我们希望将其与正在研究的微纳机器人和现有的微创手术器械整合,以提高其在各种医疗场景中的多功能性,开发一种能跨尺度进行细胞、诊疗药物等生物样本体内靶向转运的机器人系统。”论文通讯作者徐海峰表示。(来源:中国科学报 刁雯蕙)

相关论文信息:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.3c09753

 

 
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