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仿水熊蟲醫用微納機器人:在血液裏“跑得快”“停得住”

王寧 劉璐 孫漢侖 發布時間:2023-06-02 09:19:00來源: 中國新聞網

  【解說】近日,哈爾濱工業(ye) 大學機器人技術與(yu) 係統全國重點實驗室、哈爾濱醫科大學附屬第一醫院等聯合開發出一款仿水熊蟲醫用微納機器人,可實現在靜脈血高速流環境中可控運動及靶向駐停,有效解決(jue) 了微納機器人無法在醫學上應用的難題。

  【同期】哈爾濱工業(ye) 大學醫學與(yu) 健康學院教授 吳誌光

  我們(men) 把血管比作一條大河的話,我們(men) 病患的位置可能就是一個(ge) 小石頭或者一塊礁石,我們(men) 這個(ge) 藥物分子也就相當於(yu) 河裏邊的一個(ge) 小樹葉,這個(ge) 葉子能流到礁石的比例本來就很低,這就是一直以來藥物的一個(ge) 難點。然後我們(men) 想把這個(ge) 分子生物學的方法轉化成物理的方法,假設說患者得了一個(ge) 病,就是我不管你是得什麽(me) 病,對我來講隻是要到那個(ge) 位置,我通過一個(ge) 物理的方法,我能不能通過外緣控製的方法,讓它跑到病患的位置不就得了,從(cong) 物理的角度嚐試解決(jue) 醫學的問題,這就是目前我們(men) 醫工交叉的思想。

  【解說】據統計,近三十年來藥物能準確遞送到病灶位置的比例僅(jin) 有0.7%,遞送效率十分低下。

  【同期】哈爾濱工業(ye) 大學機電學院教授 李天龍

  針對我們(men) 現在這個(ge) 領域的難題,我們(men) 就想能不能通過仿生的思想,通過這種仿水熊蟲這種結構,實現微納機器人沿著血管壁的有效運動,然後這裏邊它不但能順流而下,它還能逆流而上,還能橫穿血流,通過幾種運動的結合,我們(men) 微納機器人最終能有效到達病灶區域,實現藥物的靶向釋放。基於(yu) 仿生的思想設計的微納機器人,我們(men) 通過IVOCT把微納機器人注射到小動物體(ti) 內(nei) ,然後我們(men) 通過磁場調控,就能實現微納機器人在這裏的運動,這種運動就相當於(yu) 仿水熊蟲的仿生思想設計的微納機器人,在運動到特定區域的時候,我們(men) 通過調控磁場,就能實現微納機器人在表麵的駐停,並釋放藥物對病灶區域進行靶向治療。

  【解說】模仿水熊蟲設計的“爪子”提高了微納機器人的驅動效率,讓直徑20微米的機器人可在20000微米/秒的靜脈血流環境中高效運動;通過多磁場複合調控技術,實現了微納機器人在生物組織表麵可控駐停及藥物靶向釋放,駐停時間大於(yu) 36小時。

  【同期】哈爾濱工業(ye) 大學機電學院教授 李天龍

  我們(men) 的微納機器人結構,它是一種多刺的結構,它每一個(ge) 刺就相當於(yu) 水熊蟲的一個(ge) 爪子,而我們(men) 在微納尺度很難實現做一個(ge) 幾微米的臂,所以我們(men) 就把它做成整個(ge) 球體(ti) 都是多刺的結構,而我們(men) 通過外場調控來模擬它這種水熊蟲爪子不停抓地的運動,其實就是讓這個(ge) 小球滾動起來,通過多個(ge) 刺與(yu) 表麵的接觸,實現有效運動。這樣通過外場和這個(ge) 結構的設計,兩(liang) 種方式相結合,實現模擬水熊蟲爪子抓地的運動。

  【解說】吳誌光教授向記者介紹,目前的微納機器人主要由人造物質組成,進入人體(ti) 後便會(hui) 被免疫係統認定為(wei) 外來物質並主動“攻擊”。

  【同期】哈爾濱工業(ye) 大學醫學與(yu) 健康學院教授 吳誌光

  我們(men) 考慮到天然的紅細胞,它有一套自己的生物蛋白,它不會(hui) 受到免疫係統的攻擊,這是因為(wei) 它表麵的一層膜蛋白,具有一套相當於(yu) 自己的生物“身份證”,那我們(men) 受此啟發,就將天然的紅細胞修飾到微納機器人表麵,然後它可以通過偽(wei) 裝成天然紅細胞的方法,來躲避免疫係統的攻擊,從(cong) 而來延長這個(ge) 遊動微納機器人在血液內(nei) 或者其他生物環境內(nei) 的工作壽命,讓它更好完成自己的生物醫療任務。

  【解說】仿水熊蟲醫用微納機器人的研發,首次實現了微納米機器人在靜脈內(nei) 驅動及駐停,技術達到了國際領先水平,顯著提高藥物靶向遞送效率,為(wei) 惡性腫瘤精準治療提供新思路。

(責編: 王東)

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