告别打针吃药！顾臻团队Nature综述：智能小型化给药器械，迈向精准用药新时代

编译丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

长期以来，临床药物治疗面临两大核心挑战：复杂的给药方案导致患者依从性不佳，以及药物在体内的长期稳定性难以维持。此外，无论是按时吞咽苦涩的药片，还是忍受针头刺破皮肤的痛楚，传统给药方式始终伴随着药物代谢不可控、毒副作用大等困境。

生物技术、人工智能、电子学和材料科学的交叉融合，正在重塑药物在体内的递送方式。智能小型化给药器械（Intelligent and miniaturized drug delivery device，IMDDD）利用这些技术，实现了精准的药代动力学、靶向分布和可编程释放，同时最大限度地降低了毒性并提高了患者依从性。与传统方法不同，IMDDD 可以整合实时传感和自适应控制，从而实现更精准、更能响应动态生理状况的给药。

2026 年 3 月 25 日，浙江大学药学院顾臻教授联合 MITRobert Langer教授等（魏鑫伟为第一作者），在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Towards intelligent and miniaturized drug delivery devices 的综述论文。

在这篇综述中，作者们概述了智能小型化给药器械（IMDDD）的关键类别和设计原理，重点介绍了用于增强性能的 AI 技术，讨论了在癌症、糖尿病、心血管疾病、疫苗接种及其他领域的潜在临床应用，并探讨了 IMDDD 在转化方面面临的挑战与机遇。通过将工程创新与医疗需求相结合，IMDDD 代表了下一代给药技术的发展方向。

患者用药管理仍面临一些重大挑战，复杂的给药方案常导致依从性差和治疗效果不佳。同时，长期维持药物稳定性也至关重要，因为药物降解会降低疗效并可能引入潜在毒性。近年来，在人工智能、3D 打印、材料科学、生物电子学和生物界面工程等多技术融合的推动下，智能小型化给药器械（Intelligent and miniaturized drug delivery device，IMDDD）得以发展。与主要通过自下而上方法制备的微/纳米递送制剂不同，IMDDD 通常采用自上而下（Top-down）的方法制造，尺寸从毫米到厘米不等，能够整合智能材料和先进算法，实现长效、靶向、信号触发、闭环或程序化给药等多种模式的精确控制。

设备类别

根据集成的控制模块，IMDDD 主要分为四类：

生物电子治疗设备： 集成微电子和生物传感器，以可穿戴或可植入形式利用电信号控制药物释放，同时实现精确的生理监测和闭环给药。例如闭环胰岛素泵、智能伤口敷料、无线诊疗隐形眼镜。

物理触发致动器： 响应特定的外部非电刺激，如机械力、声、热、光和磁信号。例如机器人粘液清除胶囊、渗透微针、磁场驱动的植入式泵。

物理化学响应设备： 依赖于检测、响应或转化生理环境中的内在信号，如离子浓度变化、pH值、葡萄糖、活性氧等。例如葡萄糖响应性胰岛素微针、pH响应性凝胶。

活体设备： 将哺乳动物细胞、细菌、酵母或复杂类器官/组织等活体治疗剂集成到IMDDD 中，例如细胞集成微针、冻干淋巴结支架、多孔膜腔室装置。

IMDDD 的组件和类别

集成模态与典型表现形式

AI 赋能 IMDDD 设计与制造

人工智能（AI）通过三种方式增强 IMDDD：

• AI 辅助药物与设备开发： 用于药物靶点识别、虚拟筛选、分子结构优化，以及设备材料、配方和架构的多参数建模与优化。

• AI 辅助设备制造： 集成到3D打印等制造流程中，实现实时监控、预测打印条件、检测缺陷，并通过数字孪生技术提高生产稳定性和一致性。

• AI 辅助数据处理： 增强医疗数据分析的准确性、效率和自动化，例如处理脑电图、心电图、血糖、医学影像等数据，为数据驱动的给药决策提供支持。

AI 增强 IMDDD

AI 驱动的 IMDDD 代表类型

AI 驱动的闭环 IMDDD：整合智能传感、实时数据分析和自主给药，动态调整给药方案，例如 AI 驱动的闭环胰岛素输送系统、癫痫发作检测与给药设备、智能伤口敷料。

AI 驱动的个性化 IMDDD： 利用计算机视觉、图像识别、语音识别等技术，实现基于患者特定生理状况的个性化治疗，例如根据皮肤病变图像定制给药贴片、无人机急救给药、语音交互给药系统。

用于药物递送的 AI 驱动微型机器人： AI 算法辅助微型机器人在动态环境中导航、定位、集群控制，实现复杂的靶向给药任务。

IMDDD 的临床应用

癌症治疗： 包括局部喷洒凝胶、免疫调节支架、3D 打印植入物、微针贴片（递送化疗药、免疫检查点抗体、CAR-T 细胞等）、生物电子介导的无线植入设备。

糖尿病治疗： 包括集成葡萄糖传感器的可穿戴胰岛素贴片、口服胰岛素胶囊（例如自定向胶囊、展开臂胶囊、RoboCap）、皮下生物电子植入物（通过电信号触发工程细胞分泌胰岛素）。

疫苗接种： 包括吸入式疫苗、微针疫苗贴片（可递送灭活抗原、重组抗原、mRNA 疫苗），具有无痛、可室温储存、易于分发等优势。

其他疾病治疗： 包括用于心血管疾病的智能心脏贴片和微针增强的药物洗脱支架；用于伤口管理的智能敷料（实时监测并释放抗生素）；用于避孕的微针贴片和口服胃滞留装置。

展望与挑战

IMDDD 的发展正进入一个变革时代，但临床转化仍面临巨大挑战：

有效性： 确保靶向给药、精确剂量控制和/或提高生物利用度。

可靠性： 在复杂生物环境中保持结构完整性和功能耐久性，抵抗化学侵蚀和免疫排斥。

安全性： 优先考虑生物相容性、药物释放的可控性以及安全的数据通信。

生产一致性与成本： 需要严格的质量控制、可扩展且具有成本效益的制造工艺。

未来发展方向包括：通过先进算法实现更精准的控制和个性化给药；设备进一步微型化、集成化（整合实时监测、自调节释放机制）；利用天然生物分子提高生物相容性；发展AI驱动的智能制造以降低成本；以及建立全面的监管框架。

结语

IMDDD 通过融合多种前沿技术，为实现个性化、互联和自适应的精准医疗提供了新的范式。尽管在临床转化中仍需克服可靠性、安全性和规模化生产等挑战，但其在改善治疗效果、提高患者生活质量方面拥有巨大潜力。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10221-3