可實(shí)時(shí)深組織成像并控制的微機(jī)器人系統(tǒng)

想象一下，未來(lái)某天我們會(huì)制造出如細(xì)胞般大小，具有微納米尺度的馬達(dá)、汽車(chē)、飛機(jī)、潛水艇、甚至機(jī)器人。這些微納米尺度的馬達(dá)或機(jī)器人可以在我們的血液中游弋，攜帶藥物運(yùn)動(dòng)到病患區(qū)域、最終治療威脅人類(lèi)生命的疾病。

今年，加州理工學(xué)院高偉（Wei Gao）教授研究團(tuán)隊(duì)和汪立宏(Lihong V. Wang)教授研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的可在腸道內(nèi)實(shí)時(shí)定位并控制的微米機(jī)器人系統(tǒng)，正在向這些科幻作品中的情節(jié)一步步靠近……

這項(xiàng)合作完成的突破今天以An ingestible microrobtic system using photoacoustic imaging for targeted navigation in intestine為題，發(fā)表于Science Robotics，引起微納機(jī)器人界的廣泛關(guān)注。

常規(guī)的藥物遞送主要依靠血液循環(huán)運(yùn)輸完成，這種被動(dòng)擴(kuò)散方法受到多重生物屏障的阻礙不但導(dǎo)致有效劑量嚴(yán)重不足同時(shí)引發(fā)全身性的毒副作用，難以完成精準(zhǔn)藥物遞送的需求。微納機(jī)器人因其可在生物流體中進(jìn)行可控自主運(yùn)動(dòng)，被認(rèn)為是靶向藥物遞送的理想方案。但是，對(duì)于微納機(jī)器人的實(shí)際醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如何讓微納機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在體內(nèi)實(shí)時(shí)成像與控制仍然面臨著挑戰(zhàn)。

可實(shí)時(shí)深組織成像并控制的微機(jī)器人系統(tǒng)

面對(duì)微納機(jī)器人體內(nèi)深層組織下實(shí)時(shí)成像與控制的難題，Science Robotics今天上線的這篇論文，介紹了加州理工學(xué)院高偉教授團(tuán)隊(duì)與汪立宏教授研究團(tuán)隊(duì)合作的最新研究成果，該研究成果為解決微納米機(jī)器人生物醫(yī)療中體內(nèi)成像和控制的瓶頸難題提供了思路。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于光聲斷層掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物體內(nèi)實(shí)施成像并控制的微機(jī)器人系統(tǒng)。他們將微米機(jī)器人包裹于具有保護(hù)層的微膠囊內(nèi)以免于胃酸等流體的侵蝕，借助光聲斷層成像技術(shù)，包裹在微膠囊內(nèi)的載藥微納機(jī)器人可在動(dòng)物體內(nèi)的實(shí)時(shí)定位，當(dāng)微機(jī)器人膠囊抵達(dá)體內(nèi)病患區(qū)域（比如腸道腫瘤）時(shí)，外源近紅外光可以穿透深層組織并引發(fā)膠囊破裂從而釋放微機(jī)器人。釋放出的微機(jī)器人依靠其高效游動(dòng)可穿越生物屏障最終實(shí)現(xiàn)在病患區(qū)域的滯留和持久的藥物傳遞。

高偉教授認(rèn)為，這種微米機(jī)器人可以穿透消化道的粘液并在那里停留很長(zhǎng)時(shí)間。這有助于提高藥物的供給，由于這種微米機(jī)器人主要由鎂組成，因此具有生物相容性和生物可降解性。我們?cè)O(shè)想構(gòu)建到達(dá)患病區(qū)域后可按需激活微型機(jī)器人，下一步的研究將著力于這種機(jī)器人的治療效果。

汪立宏教授對(duì)于生物醫(yī)學(xué)微納米機(jī)器人的未來(lái)做了進(jìn)一步的思考：你可以把這種微型機(jī)器人微放在你需要的地方，它們未來(lái)可以被用于藥物遞送或者智能微手術(shù)。高偉教授與汪立宏院士團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)合作以期實(shí)現(xiàn)更多突破。

作為論文的通訊作者之一，高偉教授近年來(lái)致力于柔性電子、可穿戴設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)納米機(jī)器人方面的研究并在《自然》、《自然 通訊》、《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》、《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)刊》、《納米通訊》、《美國(guó)化學(xué)會(huì) 納米》、《先進(jìn)材料》等期刊發(fā)表論文80余篇，總引用超過(guò)9000次，高引用次數(shù) (H-index) 51。