導讀

近期，韓國大邱慶北科學技術院-瑞士蘇黎世聯邦理工學院（DGIST-ETH）微型機器人研究中心領導的科研團隊開發出一種微型膠囊機器人，它可以封裝細胞和藥物，并將其釋放到人體的目標部位。

背景

如今，在全球的健康保健市場和醫療設備中，創新技術的開發一直都未停步且正處于加速中，特別是在高技術的微型醫療機器人領域。先帶大家回顧一下有關微型機器人的經典案例：

1）瑞士洛桑聯邦理工學院和蘇黎世聯邦理工學院的科學家們受細菌運動方式啟發，設計出一種可重構的微型機器人。在電磁場遠程控制下，它能夠在人體內運動并進行給藥或者手術。

（圖片來源：Selman Sakar）

2）美國加州大學圣地亞哥分校的工程師們開發出一種由超聲波供電的微型機器人，它可以在血液中游動，去除有害的細菌以及它們產生的毒素。

（圖片來源：Esteban-Fernández de ávila/Science Robotics）

今天，讓我們重點關注一種能向身體特定部位釋放藥物或者細胞的微型機器人。目前，大部分用于釋放細胞和藥物的微型機器人，都會通過各種方式安裝在機器人的外表面上；它們會被制造成混合了細胞或藥物的生物可降解材料，隨著生物可降解材料的消除，這些細胞或藥物會被釋放出來；它們被開發成用于釋放細胞和藥物的磁性顆粒。

然而此類機器人的局限性在于：當機器人在人體內運作時，細胞和藥物會受到外部環境影響而發生損失。

創新

為了突破這種局限性，近期韓國大邱慶北科學技術院-瑞士蘇黎世聯邦理工學院（DGIST-ETH）微型機器人研究中心主任 Hongsoo Choi 教授領導的科研團隊開發出一種微型膠囊機器人，它可以封裝細胞和藥物，并將其釋放到人體的目標部位。不同于傳統方法，微型機器人并不是在外部安放細胞和藥物，而是它們的蓋子可以打開或者關閉。

（圖片來源：DGIST）

這項研究是在 Choi 教授的研究團隊、腦與認知科學系教授 Cheil Moon 的研究團隊、瑞士蘇黎世聯邦理工學院教授 Bradley J. Nelson 的研究團隊共同努力下展開的。5月9日，這項研究的成果發表在生物材料領域的國際刊物《Advanced Health Care Materials》。這項研究也得到了韓國科學與信息技術部以及韓國貿易、工業和能源部的支持。

技術

Choi 教授表示，微型膠囊機器人采用了一個蓋子型結構和一個模仿細菌尾部的推進系統。前者用于關閉或者打開微型機器人頭部進行細胞和藥物的封裝或釋放；后者用于驅動微型機器人運動。

（圖片來源：DGIST）

研究團隊采用了微機電系統（MEMS）技術，利用三維激光光刻系統開發出一種三維聚合物結構。此外，磁性材料鎳（Ni）和生物兼容性材料鈦（Ti），被沉積到微型膠囊機器人的表面，以便它們被外部磁場控制。

在一項涉及利用磁場的微型膠囊機器人的實驗中，幾十微米的顆粒會采用“撿起和丟掉的運動”方式傳輸。此外，在生物相容性實驗中，它們通過封裝真實的嗅覺受體神經元（ORN），成功地將活細胞釋放到正確的位置。

（圖片來源：DGIST）

研究團隊開發的微型膠囊機器人含有細胞或者藥物，并通過流體漩渦將它們釋放到任意的目標位置。這樣一來，它們可以最小化細胞或者藥物在外部環境中的損失，從而保證正確的釋放量。

價值

這項研究有望使得藥物能夠在眼睛或大腦等人體部位的低流量液體中運動，從而治療視網膜變性等疾病。

Choi 教授表示：“通過采用微型膠囊機器人，細胞和藥物可以被封裝起來并在需要的位置釋放，因此可防止外部環境影響帶來細胞和藥物的損失和變性。我們將繼續進行更進一步的研究，以便未來提供各種各樣的醫療應用。”