發(fā)布日期：2019-07-29
想象一下，未來某天我們會制造出如細(xì)胞般大小，具有微納米尺度的馬達(dá)、汽車、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(tuán)隊和汪立宏（Lihong V。 Wang）教授研究團(tuán)隊設(shè)計的可在腸道內(nèi)實時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)運輸完成，這種被動擴(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)行可控自主運動，被認(rèn)為是靶向藥物遞送的理想方案。但是，對于微納機(jī)器人的實際醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如何讓微納機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)面對微納機(jī)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(tuán)隊與汪立宏教授研究團(tuán)隊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(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)器人可在動物體內(nèi)的實時定位，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，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(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時間。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。我們設(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。（“These micromotors can penetrate the mucus of the digestive tract and stay there for a long time。 This improves medicine delivery， but because they‘re made of magnesium， they’re biocompatible and biodegradable。 We demonstrated the concept that you can reach the diseased area and activate the microrobots。 The next step is evaluating the therapeutic effect of them。”）
汪立宏教授對于生物醫(yī)學(xué)微納米機(jī)器人的未來做了進(jìn)一步的思考：“The microrobot concept is really cool because you can get micromachinery right to where you need it。 It could be drug delivery， or a predesigned microsurgery。“ （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(jī)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(jìn)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。
論文的另一通訊作者汪立宏教授為美國國家工程院院士，加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程系與電子工程系Bren講席教授，汪院士在《科學(xué)》《自然•材料》《自然•光子學(xué)》《自然•生物技術(shù)》等世界頂級期刊報道多項突破性研究成果，是光聲生物醫(yī)學(xué)成像及超快成像領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。
吳志光博士與李磊博士為論文的共同第一作者，吳志光現(xiàn)為哈爾濱工業(yè)大學(xué)微納米技術(shù)研究中心青年副教授， 曾以洪堡學(xué)者和博士后身份分別赴德國馬普智能系統(tǒng)研究所和美國加州理工學(xué)院進(jìn)行訪問研究。研究成果以第一作者和通訊作者在《科學(xué)•機(jī)器人》、《科學(xué)•進(jìn)展》、《美國化學(xué)會會刊》、《德國應(yīng)用化學(xué)》、《美國化學(xué)會•納米》、《先進(jìn)功能材料》等國際知名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表20余篇論文。李磊博士于今年獲得加州理工學(xué)院博士學(xué)位，現(xiàn)為加州理工學(xué)院博士后，目前以第一作者身份在《自然•生物醫(yī)學(xué)工程》、《自然•方法》、《自然•通訊》等國際頂級期刊發(fā)表多篇論文，研究成果受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。
來源：知社學(xué)術(shù)圈
