磁场软体机器人进行体内药物输送

南洋理工大学的一组科学家开发出了谷物大小的软体机器人，可以利用磁场控制该机器人进行有针对性的药物输送，为未来可能的改进疗法铺平了道路。

《先进材料》杂志发表的一篇论文介绍了南洋理工大学机械与航空航天工程学院（MAE）工程师开发的新型软体机器人。

据信这项研究是首次报道的微型机器人可以运输多达四种不同的药物，并按照可重新编程的顺序和剂量释放它们。

研究团队表示，与早期只能携带最多三种药物且无法按顺序释放的小型机器人相比，新开发的微型机器人具有精确的功能，有可能显著改善治疗效果，同时最大限度地减少副作用。

南洋理工大学的研究团队此前曾研发出磁控微型机器人，能够执行复杂的动作，比如在狭小空间中“游动”以及抓取微小物体。

首席研究员、机械与航空航天工程学院助理教授 Lum Guo Zhan 表示，研究团队在早期工作的基础上，受到了 20 世纪 60 年代电影《奇妙的旅程》的启发，影片中一艘潜艇的船员被缩小到细胞大小，以修复受伤科学家大脑的损伤。

“在我们实验室的创新下，科幻电影中的场景现在正越来越接近现实。与通过人体发送微型机器人将药物准确输送到需要的地方相比，口服和注射等传统药物输送方法似乎效率较低，”助理教授 Lum 表示。

高度灵巧且可重新编程的药物分配能力
这个米粒大小的机器人采用对人体无毒的智能磁性复合材料（磁性微粒和聚合物）制成。

与无法精确控制方向的现有微型机器人不同，新开发的软机器人非常灵活——可以快速滚动和爬行以越过障碍物。其灵活性为在人体内复杂、非结构化环境中导航提供了巨大潜力。

在实验室实验中，该机器人在水中完成了模拟人体状况的任务。该机器人首先被放置在一个分成四个部分的表面上，它成功地以每秒 0.30 毫米到 16.5 毫米的速度移动到每个部分，并在每个部分释放不同的药物，证明了它能够携带多种药物，并可以通过编程以受控方式释放药物。

在另一项实验中，研究人员使用更浓稠的液体测试了机器人在更具挑战性的环境中输送药物的能力，结果表明，机器人可以在环境中导航并在八小时内释放足够的药物。

此外，经过 8 小时的连续移动，机器人的药物泄漏量极小。这种控制药物释放且不会出现过多泄漏的能力使软体机器人成为需要在不同时间和地点精确输送多种药物的治疗的理想选择。

这项研究的共同作者包括机械工程学院研究员杨子林和博士研究生徐昌宇。杨子林说：“这些研究结果表明，我们的软体机器人在未来的靶向药物输送中可能发挥关键作用，特别是在癌症治疗等需要精确控制多种药物的治疗中。”

新加坡国立大学医院及黄廷方综合医院医学部神经内科高级顾问兼外科医生杨良烈医生从独立角度表示：“作为执行微创手术的医生，我们目前使用导管和导线通过血管来治疗疾病。

“但我可以预见，不久之后，这种方法就会被微型机器人所取代，这些机器人可以自主地在体内游动，到达我们用工具无法到达的地方。这些机器人可以停留在原地，并随着时间推移释放药物，这比长时间将导管或支架留在体内要安全得多。这是一项即将发生的医学突破。”

NTU 研究团队目前正在研究如何将机器人做得更小，以便最终用于治疗脑肿瘤、膀胱癌和结直肠癌等疾病。在这些微型机器人用于此类医疗治疗之前，NTU 研究人员计划利用器官芯片设备和动物模型进一步评估它们的性能。

更多信息： Zilin Yang 等，具有可重新编程药物分配功能的磁性微型软机器人：面向高级靶向联合治疗，先进材料(2024)。DOI ：10.1002/adma.202408750

(责任编辑：泉水)

搜索

热门标签:

磁场软体机器人进行体内药物输送