瑞士科学家研发血管微型机器人

SENSORO升哲

微型机器人有望成为分解导致中风的危险血管阻塞的有效工具。但这些球形机器人并非自主机器，而是由磁性引导的微小珠子，内含救命药物及少量放射性示踪剂，帮助医生追踪其在体内的移动轨迹。

当前中风患者的治疗手段通常包括注射溶栓药物以溶解血管中的血栓（thrombus）。由于循环系统极为复杂，这类治疗往往需要高剂量药物才能确保足量到达目标区域，这使得治疗本身具有内在风险，可能引发包括内出血在内的严重副作用。

瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的机器人研究人员认为，一种替代方案已初具雏形。他们在《科学》（Science）期刊发表的研究中详细介绍了一种可溶性凝胶胶囊，其内含足量氧化铁纳米颗粒以实现磁化。

“人类脑血管非常纤细，这限制了胶囊的尺寸。技术挑战在于确保如此小的胶囊也具备足够的磁性。”该研究的合著者、机器人研究员法比安·兰德斯（Fabian Landers）在声明中表示。

兰德斯团队还添加了钽元素纳米颗粒，以便通过X射线追踪。研究人员花费数年时间才找到各成分的最佳配比，最终研发出一种能够在人体约360条动静脉中可靠导航的磁性微型机器人。

“磁场和磁场梯度是微创治疗的理想选择，因为它们能深入体内，且在我们使用的强度和频率下，不会对人体造成损害。”研究合著者、微型机器人专家布拉德利·纳尔逊（Bradley Nelson）解释道。

这些微型递送载体的有效性取决于其导航能力。为测试这一发明，兰德斯和纳尔逊团队首先通过导管将微型机器人注入人体和动物血管的硅胶模型中。这种专用导管基于现有设计改造，内含一根与聚合物夹持器相连的导丝，夹持器打开后释放微型机器人。然而，导航过程并非以单一速度缓慢推进至目标区域那么简单。

“人体动脉系统的血流速度因位置而异，差异极大，这使得微型机器人的导航极为复杂。”纳尔逊说。

为此，导航系统采用三种独立策略以应对头部所有动脉区域：

旋转磁场：团队通过旋转磁场成功实现微型机器人的精准导航，速度可达4毫米/秒。

磁场梯度偏移：在另一种模型中，变化的磁场梯度将设备拉向更强磁场区域，即便逆血流方向也能推进，部分场景下速度达20厘米/秒。

“人体血管中的血流量和流速之高令人惊叹，我们的导航系统必须能够抵御这种冲击。”兰德斯表示。

在实验室演示成功后，研究人员转向猪的临床试验。在95%的测试场景中，微型机器人成功将溶栓药物递送至目标位置。该技术在绵羊脑脊液中的测试也显示出潜力，表明其可应用于更多医疗场景。

“这种复杂的解剖环境为进一步治疗干预提供了巨大潜力，因此当微型机器人也能在其中成功导航时，我们感到非常兴奋。”兰德斯说。

该研究为中风治疗及其他疾病的微创干预开辟了新路径，其磁性导航与精准递送技术有望显著降低传统治疗的副作用风险。