谷粒大小的软机器人可在磁场引导下输送多种药物

如果你遇到过用一双筷子夹起一粒米饭的情况，请为这项最新创新背后的科学家们想一想，这项创新被称为"即将实现的医学突破"。 他们煞费苦心地制造了一个软体机器人，可以在体内携带不同类型的药物。 它只有米粒大小，可以通过磁场被驱动到各种体内目标。

新加坡国立大学（NTU）的软体机器人只有米粒大小，首次证明它可以将多种药物输送到不同区域，显示出其在个性化治疗中的巨大应用潜力

新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）机械与航空航天工程学院（MAE）的研究人员在早先研究成果的基础上，创造出了一种米粒大小的软体机器人，它可以进入人体，通过磁场控制移动到特定目标。 一旦到达目的地，它就能快速或缓慢地释放其微小框架中储存的药物。

虽然这种小型生物技术并不新颖，但它有四个隔间，可以携带和释放不同的药物，这一点却很新颖。

"在这项工作中，我们提出了一种毫米级的软机器人，它可以通过交变磁场驱动，以可重新编程的药物分配顺序和剂量分配四种类型的药物，"MAE 首席研究员、助理教授 Lum Guo Zhan 表示，"这种配药功能对于小型机器人来说是前所未有的，因为现有的大多数此类机器人最多只能运送一种药物。 虽然也有极少数微型机器人可以携带多种药物，但这些机器人无法改变其配药顺序和剂量。 这些机器人不能运送三种以上的药物，不能选择性地分配药物，不能保持其移动性，也不能在多个部位释放药物。相比之下，我们的软机器人在实现先进的靶向联合疗法方面具有巨大潜力，在这种疗法中，必须将四种类型的药物输送到不同的疾病部位，每种药物都有特定的顺序和剂量。"

南洋理工大学助理教授 Lum Guo Zhan 和合著者 Yang Zilin 利用磁场控制微型机器人

如果这听起来有点像科幻情节，那你就对了--该团队最初的灵感来自于1966年的电影《神奇航程》，我们强烈推荐大家观看预告片。

Lum说："科幻电影中的场景，现在通过我们实验室的创新变得越来越接近现实。传统的给药方法，如口服给药和注射给药，如果与通过身体发送一个微型机器人，将药物准确地送到需要的地方相比，效率会显得相对较低。"

在此之前，研究小组已经创造出一种小型机器人，它可以在开口处"游泳"，并能抓住小物体，同样由磁铁控制。 但是，这项新研发的特点是用磁性微粒和聚合物制成的小型机器人，它在生物兼容的个性化和靶向给药方面向前迈出了一大步。

这种谷粒大小的机器人是利用对人体无毒的智能磁性复合材料制造的，可运送多达四种不同的药物

这种微型机器人是同类产品中第一个既能显示生物兼容性又能在不同部位有效控制释放各种药物的机器人。 这有可能成为一种改变游戏规则的给药方式。

"作为一名从事微创手术的医生，我们目前使用导管和导线穿过血管来治疗疾病，"国立大学医院和伍廷芳综合医院医学部神经内科的外科医生杨亮-利特-伦纳德（Yeo Leong Litt Leonard）博士说，他没有参与这项研究。"但我可以预见，用不了多久，这种方法就会被微型机器人取代，它们可以自主地在体内游动，到达我们的工具无法到达的地方。 这些机器人可以停留在原位，并随着时间的推移释放药物，这比将导管或支架长期留在体内要安全得多。 这是一个即将实现的医学突破。"

从事小型机器人研究已有11年之久的Lum也认为，这项新技术有可能改变侵入性医疗程序的面貌，提供更有针对性和更有效的治疗。

该机器人尚未进行临床测试，但迄今已证明它能在各种液体粘度中穿行，模拟了它在人体内所面临的环境。 在实验室测试中，它能够以每秒 0.30 毫米到 16.5 毫米的速度在四个不同的区域进行导航，在每个点释放特定的药物。 此外，工程师们还能操纵该装置在八个小时内缓慢释放药物，他们相信，这种机器人有可能根据病人的需要，提供即时和持续的药物输送。

Lum补充说："实现这一目标的路线图是首先利用片上器官装置进一步评估机器人的性能，并最终进行动物试验。我们或许可以在未来两到五年内完成这一阶段的研究。"

南洋理工大学的研究团队目前正在研究开发更小的软体机器人，用于穿越血脑屏障治疗肿瘤，以及治疗膀胱癌和结肠直肠癌。 一旦这种装置完成了它的工作，就可以安全地将它从体内取出--只需将它原路返回即可。

"我们的目标是让我们的机器人在完成所需的治疗后，扭转轨迹，从入口处离开，"Lum 解释说。"由于我们的小型机器人可以利用其尺寸优势，通过自然开口或针孔非侵入性地进入人体，因此它们也将能够通过这些开口离开。"

"在这些实验中，我们发现98.791%-99.633%的匿名人类真皮成纤维细胞（ATCC）在与我们机器人的智能磁性复合材料相互作用后仍然具有活力，"他补充说。"由于这些存活率高于 98%，而且与对照组的存活率（经评估为 99.688%）相近，因此这些结果表明，我们的智能磁性复合材料不会造成可观察到的细胞损伤或死亡，而且它们确实具有很好的生物相容性。"

我们不禁要问： 从事这类科学研究是否需要耐心和稳定的双手？ 不出所料，答案是肯定的。

"的确，在制造和测试这些机器人时，我们需要一双非常稳定的手，"Lum 说。"由于这些机器人非常小，我们在实验过程中还使用显微镜和高分辨率相机对它们进行观察。 尽管如此，一想到这些机器人有可能最终改变未来的各种治疗方法，我和我的团队就有强烈的动力去推动这项技术的发展。"

这项研究的论文发表在Advanced Materials杂志上。