微创管理和医疗微机器人的部署在医疗应用中产生的影响力

在未来，许多疾病可能会通过微小的机器人在血液中游走、输送药物等来治疗。这类医疗机器的最新试验来自于马克斯·普朗克研究所的研究人员，他们从白血球中获得灵感，设计出了一种新的微型机器人，可以在血液中“逆流而上”移动。

这种机器人本质上是玻璃微粒，宽度不到八微米。一半是涂有一层镍和金的薄膜，另一半则是携带药物有效载荷。在这个测试中，有效载荷是抗癌分子以及识别癌细胞的抗体。新的机器人并不像其他微型机器人那样在血液中游动，而是通过沿着血管壁滚动的方式移动，很像白细胞一样。这种运动的方向可以通过磁场从体外控制。当接通电源后，金属涂层的一侧会将球体拉向该方向。

研究人员在实验室里的模拟血管中进行了测试，发现磁力足够强大，可以逆流拖动机器人。当关闭后，机器人只是随着血液流动，可能会让科学家们精确地控制机器在身体的哪个部位移动。

“利用磁场，我们的微型机器人可以通过模拟的血管向上游游动，由于强大的血流和密集的细胞环境，这是很有挑战性的。”该研究的主要作者Yunus Alapan说。“目前的微型机器人都无法承受这种血流。此外，我们的机器人可以自主识别‘感兴趣’的细胞，如癌细胞等。它们能做到这一点，这要归功于它们表面涂有一层细胞特异性抗体。然后，它们可以在移动时释放药物分子。”

在这些测试中，该团队对机器人的速度进行了计算，发现其速度高达600微米/秒。这使得它们成为这种规模的磁力微型机器人中速度最快的。研究人员表示，“成群”的微型机器人将能够在人体中发挥作用。这是因为单个机器人太小，用大多数的成像技术都无法看到，也无法独自携带足够的药物。

虽然要让它们达到这个阶段还有很多工作要做，但该团队希望这项技术能够实现对一系列疾病的非侵入性精准治疗。

由生物或合成电机驱动的移动微机器人因其主动推进和可驾驶性而有望成为下一代动力（例如目标主动货物交付）和人体微操作应用的候选者。医疗微机器人领域在过去十年中取得了显著的进步。它们在人体内的应用主要限于表面组织（例如，眼睛内部），进入路线为相对容易的位置（如胃肠道和围肠腔），以及停滞或低速流体环境。微创管理和医疗微机器人的部署，以组织在人体内部的较深层位置，具有大量流体流动（例如循环/血管系统），仍然是对其未来在体内医疗应用中产生高影响力的重大挑战。

循环系统是身体的天然流体运输网络，到达所有器官和最深的组织。尽管循环系统是进入目标疾病位置的理想途径，但血管内的恶劣物理条件（例如血流、密集拥挤的异质流体环境）会损害微机器人的运动，尤其是那些尺寸小于10μm的机器人。另一方面，白细胞的表面运动，在血管壁上，是血液中唯一的移动细胞，通过边缘到血管壁，无细胞层，与血管中相比，流动速度降低。因此，白细胞的血管壁表面运动可以在表面爬行或滚动微机器人中模拟，从而有效地推进血液流动。

移动微机器人为人体内难以接近的区域的微创靶向医疗应用提供了巨大的前景。循环系统是航行的理想路径;然而，血流会削弱微机器人的推进，尤其是那些总尺寸小于10微米的机器人。此外，需要针对细胞和组织进行靶向，以便有效识别病点，并在动态流动条件下长期保存微机器人。据介绍，该微机器人直径为±3.0和+7.8微米，可用于靶向药物输送到特定细胞和血流内受控导航。白细胞启发的球形微辊由磁响应的Janus微粒组成，用于针对癌细胞（抗HER2）和光可抗癌药物分子的抗体。微辊的磁推进和转向使平移运动速度高达每秒600微米，约为每秒76个车身长度。通过对细胞单层的微辊的主动推进和转向，证明了癌细胞在异质细胞群中的目标。多功能微辊在平面和内皮微通道上针对生理相关的血流推进。此外，微辊产生足够的上游推进，在生理相关的血流中定位在倾斜的三维表面上。多功能微辊平台也为循环系统中的体内控制推进、导航和定向主动货物交付提供了一种生物启发的方法。
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