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仿水熊蟲醫(yī)用微納機(jī)器人:在血液里“跑得快”“停得住”

王寧 劉璐 孫漢侖 發(fā)布時(shí)間:2023-06-02 09:19:00來源: 中國新聞網(wǎng)

  【解說】近日,哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院等聯(lián)合開發(fā)出一款仿水熊蟲醫(yī)用微納機(jī)器人,可實(shí)現(xiàn)在靜脈血高速流環(huán)境中可控運(yùn)動(dòng)及靶向駐停,有效解決了微納機(jī)器人無法在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的難題。

  【同期】哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院教授 吳志光

  我們把血管比作一條大河的話,我們病患的位置可能就是一個(gè)小石頭或者一塊礁石,我們這個(gè)藥物分子也就相當(dāng)于河里邊的一個(gè)小樹葉,這個(gè)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(gè)難點(diǎn)。然后我們想把這個(gè)分子生物學(xué)的方法轉(zhuǎn)化成物理的方法,假設(shè)說患者得了一個(gè)病,就是我不管你是得什么病,對我來講只是要到那個(gè)位置,我通過一個(gè)物理的方法,我能不能通過外緣控制的方法,讓它跑到病患的位置不就得了,從物理的角度嘗試解決醫(yī)學(xué)的問題,這就是目前我們醫(yī)工交叉的思想。

  【解說】據(jù)統(tǒng)計(jì),近三十年來藥物能準(zhǔn)確遞送到病灶位置的比例僅有0.7%,遞送效率十分低下。

  【同期】哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授 李天龍

  針對我們現(xiàn)在這個(gè)領(lǐng)域的難題,我們就想能不能通過仿生的思想,通過這種仿水熊蟲這種結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)微納機(jī)器人沿著血管壁的有效運(yùn)動(dòng),然后這里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(yùn)動(dòng)的結(jié)合,我們微納機(jī)器人最終能有效到達(dá)病灶區(qū)域,實(shí)現(xiàn)藥物的靶向釋放。基于仿生的思想設(shè)計(jì)的微納機(jī)器人,我們通過IVOCT把微納機(jī)器人注射到小動(dòng)物體內(nèi),然后我們通過磁場調(diào)控,就能實(shí)現(xiàn)微納機(jī)器人在這里的運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)就相當(dāng)于仿水熊蟲的仿生思想設(shè)計(jì)的微納機(jī)器人,在運(yùn)動(dòng)到特定區(qū)域的時(shí)候,我們通過調(diào)控磁場,就能實(shí)現(xiàn)微納機(jī)器人在表面的駐停,并釋放藥物對病灶區(qū)域進(jìn)行靶向治療。

  【解說】模仿水熊蟲設(shè)計(jì)的“爪子”提高了微納機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)效率,讓直徑20微米的機(jī)器人可在20000微米/秒的靜脈血流環(huán)境中高效運(yùn)動(dòng);通過多磁場復(fù)合調(diào)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)了微納機(jī)器人在生物組織表面可控駐停及藥物靶向釋放,駐停時(shí)間大于36小時(shí)。

  【同期】哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授 李天龍

  我們的微納機(jī)器人結(jié)構(gòu),它是一種多刺的結(jié)構(gòu),它每一個(gè)刺就相當(dāng)于水熊蟲的一個(gè)爪子,而我們在微納尺度很難實(shí)現(xiàn)做一個(gè)幾微米的臂,所以我們就把它做成整個(gè)球體都是多刺的結(jié)構(gòu),而我們通過外場調(diào)控來模擬它這種水熊蟲爪子不停抓地的運(yùn)動(dòng),其實(shí)就是讓這個(gè)小球滾動(dòng)起來,通過多個(gè)刺與表面的接觸,實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)動(dòng)。這樣通過外場和這個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),兩種方式相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)模擬水熊蟲爪子抓地的運(yùn)動(dòng)。

  【解說】吳志光教授向記者介紹,目前的微納機(jī)器人主要由人造物質(zhì)組成,進(jìn)入人體后便會(huì)被免疫系統(tǒng)認(rèn)定為外來物質(zhì)并主動(dòng)“攻擊”。

  【同期】哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院教授 吳志光

  我們考慮到天然的紅細(xì)胞,它有一套自己的生物蛋白,它不會(huì)受到免疫系統(tǒng)的攻擊,這是因?yàn)樗砻娴囊粚幽さ鞍?,具有一套相?dāng)于自己的生物“身份證”,那我們受此啟發(fā),就將天然的紅細(xì)胞修飾到微納機(jī)器人表面,然后它可以通過偽裝成天然紅細(xì)胞的方法,來躲避免疫系統(tǒng)的攻擊,從而來延長這個(gè)游動(dòng)微納機(jī)器人在血液內(nèi)或者其他生物環(huán)境內(nèi)的工作壽命,讓它更好完成自己的生物醫(yī)療任務(wù)。

  【解說】仿水熊蟲醫(yī)用微納機(jī)器人的研發(fā),首次實(shí)現(xiàn)了微納米機(jī)器人在靜脈內(nèi)驅(qū)動(dòng)及駐停,技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平,顯著提高藥物靶向遞送效率,為惡性腫瘤精準(zhǔn)治療提供新思路。

(責(zé)編: 王東)

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