微型胶囊机器人：可在体内释放药物

导读

近期，韩国大邱庆北科学技术院-瑞士苏黎世联邦理工学院（DGIST-ETH）微型机器人研究中心领导的科研团队开发出一种微型胶囊机器人，它可以封装细胞和药物，并将其释放到人体的目标部位。

背景

如今，在全球的健康保健市场和医疗设备中，创新技术的开发一直都未停步且正处于加速中，特别是在高技术的微型医疗机器人领域。先带大家回顾一下有关微型机器人的经典案例：

1）瑞士洛桑联邦理工学院和苏黎世联邦理工学院的科学家们受细菌运动方式启发，设计出一种可重构的微型机器人。在电磁场远程控制下，它能够在人体内运动并进行给药或者手术。

（图片来源：Selman Sakar）

2）美国加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发出一种由超声波供电的微型机器人，它可以在血液中游动，去除有害的细菌以及它们产生的毒素。

（图片来源：Esteban-Fernández de ávila/Science Robotics）

今天，让我们重点关注一种能向身体特定部位释放药物或者细胞的微型机器人。目前，大部分用于释放细胞和药物的微型机器人，都会通过各种方式安装在机器人的外表面上；它们会被制造成混合了细胞或药物的生物可降解材料，随着生物可降解材料的消除，这些细胞或药物会被释放出来；它们被开发成用于释放细胞和药物的磁性颗粒。

然而此类机器人的局限性在于：当机器人在人体内运作时，细胞和药物会受到外部环境影响而发生损失。

创新

为了突破这种局限性，近期韩国大邱庆北科学技术院-瑞士苏黎世联邦理工学院（DGIST-ETH）微型机器人研究中心主任 Hongsoo Choi 教授领导的科研团队开发出一种微型胶囊机器人，它可以封装细胞和药物，并将其释放到人体的目标部位。不同于传统方法，微型机器人并不是在外部安放细胞和药物，而是它们的盖子可以打开或者关闭。

（图片来源：DGIST）

这项研究是在 Choi 教授的研究团队、脑与认知科学系教授 Cheil Moon 的研究团队、瑞士苏黎世联邦理工学院教授 Bradley J. Nelson 的研究团队共同努力下展开的。5月9日，这项研究的成果发表在生物材料领域的国际刊物《Advanced Health Care Materials》。这项研究也得到了韩国科学与信息技术部以及韩国贸易、工业和能源部的支持。

技术

Choi 教授表示，微型胶囊机器人采用了一个盖子型结构和一个模仿细菌尾部的推进系统。前者用于关闭或者打开微型机器人头部进行细胞和药物的封装或释放；后者用于驱动微型机器人运动。

（图片来源：DGIST）

研究团队采用了微机电系统（MEMS）技术，利用三维激光光刻系统开发出一种三维聚合物结构。此外，磁性材料镍（Ni）和生物兼容性材料钛（Ti），被沉积到微型胶囊机器人的表面，以便它们被外部磁场控制。

在一项涉及利用磁场的微型胶囊机器人的实验中，几十微米的颗粒会采用“捡起和丢掉的运动”方式传输。此外，在生物相容性实验中，它们通过封装真实的嗅觉受体神经元（ORN），成功地将活细胞释放到正确的位置。

（图片来源：DGIST）

研究团队开发的微型胶囊机器人含有细胞或者药物，并通过流体漩涡将它们释放到任意的目标位置。这样一来，它们可以最小化细胞或者药物在外部环境中的损失，从而保证正确的释放量。

价值

这项研究有望使得药物能够在眼睛或大脑等人体部位的低流量液体中运动，从而治疗视网膜变性等疾病。

Choi 教授表示：“通过采用微型胶囊机器人，细胞和药物可以被封装起来并在需要的位置释放，因此可防止外部环境影响带来细胞和药物的损失和变性。我们将继续进行更进一步的研究，以便未来提供各种各样的医疗应用。”

关键字

机器人、医疗、MEMS

参考资料

【1】https://en.dgist.ac.kr/site/dgist_eng/menu/508.do?siteId=dgist_eng&snapshotId=3&pageId=429&cmd=read&contentNo=37221

【2】Cheil Moon, Bradley J. Nelson, Hongsoo Choi, et al., “A Capsule-Type Microrobot with Pick-and-Drop Motion for Targeted Drug and Cell Delivery,” Advanced Healthcare Materials May 2018.