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水熊虫的爪结构,让医用微纳机器人在血管中性能更强

2023-05-22 13:54:31 综合报道 阅读:
近日,据哈尔滨工业大学官网消息,其机器人技术与系统全国重点实验室、哈尔滨医科大学第一附属医院等联合开发出仿水熊虫医用微纳机器人,可实现在静脉血高速流环境中可控运动及靶向驻停,相关成果以《可在血管中靶向驻停的仿水熊虫医用微纳机器人》为题,发表在《科学进展》上。

近日,据哈尔滨工业大学官网消息,其机器人技术与系统全国重点实验室、哈尔滨医科大学第一附属医院等联合开发出仿水熊虫医用微纳机器人,可实现在静脉血高速流环境中可控运动及靶向驻停,相关成果以《可在血管中靶向驻停的仿水熊虫医用微纳机器人》为题,发表在《科学进展》上。同时,《自然》杂志以《仿水熊虫爪形结构为游动微纳米机器人提供抓地力》为题将该成果作为研究亮点(Research highlight)进行报道。nPQednc

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微纳机器人凭借其体积小、质量轻、推重比大等特点,在药物靶向递送领域具有很好的发展前景。然而,多年来却因面临如何实现在血液高流速环境下高效驱动、如何实现循环系统内靶向释放等挑战而无法在医学上应用。nPQednc

而与人造游泳微纳机器人相比,天然水生微生物已经进化出在各种环境中生存的运动和保持能力。例如,陆栖缓步动物(例如水熊虫)已经发展出涉及爪地接合机制的运动策略,这使得他们能够适应动态和复杂的环境。在密集的流动环境中,它们的爪子机械地与周围的地面接触,使它们能够抓住柔软和粗糙的植物物质,显示出相当大的运动和保持性能,这为游泳微纳机器人提供了一种设计途径。nPQednc

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水熊虫 图片来源:Eye Of Science/SPLnPQednc

研究团队据此设计了一种仿水熊虫医用微纳机器人,可以让机器人“跑得更快”,其模仿缓步动物水熊虫利用爪子在动态环境中的运动方式设计了爪形表面结构,并将与水熊虫类似的爪形结构安装在受磁力驱动的游动微纳机器人上,以提高微纳机器人的驱动效率,实现了让直径20微米的机器人可在20000微米/秒的静脉血流环境中高效运动。为让机器人“停得住”,团队通过多磁场复合调控技术,实现了微纳机器人在生物组织表面可控驻停及药物靶向释放,驻停时间大于36小时。即便在血流速度堪比主静脉的血管中,这种有爪的微纳机器人也能驻停在血管壁上。nPQednc

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仿水熊虫医用微纳机器人工作原理nPQednc

该研究成果可显著提高药物靶向递送效率,为恶性肿瘤精准治疗提供新思路。不过目前来看用于游泳微纳机器人的制造策略仍然面临一些问题,特别是在它们的尺寸和几何形状方面。通过开发先进的制造技术,例如使用纳米划线或掠射角沉积,有望进一步研究具有可变几何形状和尺寸的游泳微纳机器人。nPQednc

责编:Ricardo
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