可實時深組織成像并控制的微機器人系統(tǒng)

想象一下，未來某天我們會制造出如細胞般大小，具有微納米尺度的馬達、汽車、飛機、潛水艇、甚至機器人。這些微納米尺度的馬達或機器人可以在我們的血液中游弋，攜帶藥物運動到病患區(qū)域、最終治療威脅人類生命的疾病。

今年，加州理工學(xué)院高偉（Wei Gao）教授研究團隊和汪立宏(Lihong V. Wang)教授研究團隊設(shè)計的可在腸道內(nèi)實時定位并控制的微米機器人系統(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)運輸完成，這種被動擴散方法受到多重生物屏障的阻礙不但導(dǎo)致有效劑量嚴重不足同時引發(fā)全身性的毒副作用，難以完成精準藥物遞送的需求。微納機器人因其可在生物流體中進行可控自主運動，被認為是靶向藥物遞送的理想方案。但是，對于微納機器人的實際醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如何讓微納機器人實現(xiàn)在體內(nèi)實時成像與控制仍然面臨著挑戰(zhàn)。

可實時深組織成像并控制的微機器人系統(tǒng)

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

研究團隊設(shè)計了基于光聲斷層掃描技術(shù)實現(xiàn)動物體內(nèi)實施成像并控制的微機器人系統(tǒng)。他們將微米機器人包裹于具有保護層的微膠囊內(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)的載藥微納機器人可在動物體內(nèi)的實時定位，當(dāng)微機器人膠囊抵達體內(nèi)病患區(qū)域（比如腸道腫瘤）時，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器人。釋放出的微機器人依靠其高效游動可穿越生物屏障最終實現(xiàn)在病患區(qū)域的滯留和持久的藥物傳遞。

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

汪立宏教授對于生物醫(yī)學(xué)微納米機器人的未來做了進一步的思考：你可以把這種微型機器人微放在你需要的地方，它們未來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隊還將繼續(xù)合作以期實現(xiàn)更多突破。

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