醫學領域一直在探索更精準的治療手段,其中能實現“靶向送藥”的微型機器人技術備受關注。如今,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊取得重要突破,研發出一種可在血管中“逆流而上”精確導航的微型機器人,為多種疾病的治療帶來新希望。
中風是全球性的健康難題,每年約有1200萬人受其威脅,不少人因此死亡或留下永久性損傷。當前治療中風主要依靠溶栓藥物溶解血栓,但為保證足夠劑量到達病灶,往往需要大劑量給藥,這容易引發嚴重副作用。如何解決這一問題,成為醫學界亟待攻克的難關。
研究團隊研發的微型機器人形似球形膠囊,外殼由可溶性凝膠制成,內部嵌入了氧化鐵納米顆粒,賦予其磁性,使其能夠通過外部磁場進行操控和引導。然而,人腦血管極為細小,在如此微小的結構中集成足夠的磁性材料并非易事,這成為研發過程中的一大技術難點。
除了具備磁性,膠囊還需在X射線下可見。為此,團隊選用了高密度的鉭納米顆粒作為造影劑。但鉭納米顆粒重量較大,增加了控制難度。要實現磁性響應、成像可見性與精確操控能力的集成,需要材料科學與機器人工程的高度協作,研究團隊經過多年努力才達成這一目標。
為了更好地操控微型機器人,團隊開發了一套模塊化電磁導航系統,融合了三種不同的磁導航策略。其一,利用旋轉磁場使膠囊沿血管壁滾動,實現高精度移動;其二,通過磁場梯度引導,實現定向輸送,甚至能在最高每秒20厘米的血流速度下“逆流”行進;其三,當遇到血管分叉等復雜結構時,采用流入導航策略,利用指向血管壁的磁梯度將膠囊引入目標分支。
這三種策略的有機結合,讓微型機器人能夠在多種血流條件和解剖結構中穩定運行。在超過95%的測試案例中,它都能成功將藥物送達指定位置。
在模型和動物實驗中,該微型機器人展現出了出色的性能。它不僅能被精準引導,還能攜帶溶栓劑、抗生素或抗癌藥物等治療所需藥物,到達目標位置后釋放。其藥物釋放機制是依靠高頻磁場加熱內部的磁性納米顆粒,使凝膠外殼溶解,從而釋放有效成分。
這一微型機器人平臺的出現,為醫學治療開辟了新的路徑。它不僅有望應用于中風的治療,未來還可能拓展至局部感染、腫瘤等疾病的靶向治療,為攻克許多疑難雜癥提供了新的可能。











