北理工團隊發表綜述，人造微納米機器人醫學領域應用

人造微納米機器人（又稱微納米馬達）是一種介于微納米尺度的智能動力裝置，能將外部環境能量轉化為自身運動動能，在靶向藥物輸送、精準醫療、生物傳感和環境修復等領域有廣闊的應用前景。

其最大優勢在于可將眾多外場能量（磁場、超聲波、光等）轉換為自身驅動力，并且憑借其可控性和可修飾性等優勢，在微觀世界自由穿梭。

圖.人造微納米機器人（微納米馬達） 

▍擁有多個幫手的微納米馬達

目前微納米馬達的幫手有很多，擁有十分豐富的外場激勵源，如超聲場、電場、磁場、光等。而且設計微納米馬達的材料也十分豐富。隨著合成技術的不斷發展，作為新型高分子材料的水凝膠近年來成為了微納米馬達的應用對象。

因此，水凝膠基微納米馬達也得到快速發展，并憑借其優秀的物理化學特性，已經逐步成為微納米馬達研究領域的重要方向。

圖.水凝膠基微納米馬達的分類、優點和應用

近日，來自北京理工大學的李金華教授團隊在中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊Cyborg and Bionic Systems發表了綜述（見下圖），該綜述總結了熱響應、光熱響應、磁熱響應、pH 響應、離子強度響應和化學響應的水凝膠基微納米馬達的研究現狀，并通過介紹微納米馬達在醫學領域的潛在應用讓讀者了解這一新興學科的最新進展。

論文地址：https://spj.sciencemag.org/journals/cbsystems/2022/9852853/

▍水凝膠助力制備微納米馬達

水凝膠基微納米馬達，優勢有以下幾點：

1.具有良好的生物相容性和生物降解性：大多數水凝材料（如明膠、膠原蛋白等水凝膠）在進入人體進行治療和診斷時不會帶來副作用，并且可以在完成任務后自行降解；

2.水凝膠自身擁有類似于軟組織的性質：它的三維網絡結構不僅可以存儲大量水分，還可以裝載藥物分子、納米顆粒甚至細胞；

3.容易加工：可以通過3D打印、4D打印或者其他技術來制備微納米馬達。

圖. 水凝膠的透明特性

▍“微納小醫生”在醫學領域大展身手

人送外號“微納小醫生”的微納米馬達在生物醫學領域，能夠做什么呢？

首先是通過對微納米馬達的可控操作，可以使其攜帶藥物或者其它載體到達人體病變部位，通過識別和感知病變部位的pH值、溫度、化學成分的變化，在病變部位響應性釋放藥物或其他載體，可加快局部反應以達到高效、精確、靶向治療的目的。

在臨床上，可借助醫學影像系統定位病變部位，讓微納米馬達沿著預設的路徑運動，最終將其“導航”至靶向位置，進行疾病治療。

可以說，“微納小醫生”的發展為無創或微創診斷和治療繪制了美麗的藍圖，也大大減少了傳統手術給患者帶來的痛苦。同時，不同激勵外場的微納米馬達有著不同的應用場合。

圖.微納米馬達的靶向治療示意圖

圖.微納米馬達的靶向治療示意圖

圖. pH響應的水凝膠基微納米馬達

▍“微納小醫生”的多個馬甲

作者在文中提到“微納小醫生”（微納米馬達）可以由多種外場激勵源來實現，并且介紹了其在醫學領域的具體應用，首先是熱響應的微納米馬達。下圖b為一個手型的微納米馬達在感知溫度變化后“抓取”細胞的過程，可用于生物活檢。

圖.熱響應的水凝膠基微納米馬達

除了熱響應型微納米馬達，光熱和磁熱響應型微納米馬達也越來越受關注。下圖b為光熱響應的微納米馬達夾持目標的示意圖，當微納米馬達探測到溫度差異時，馬達的微夾鉗收縮并夾持目標。利用這一現象，微納米馬達有望用于血管中去除血栓。

圖. 光熱響應的水凝膠基微納馬達

不僅如此，文中還介紹了pH響應、離子濃度響應、化學響應的水凝膠基微納馬達，感興趣的小伙伴可以去詳細了解：https://doi.org/10.34133/2022/9852853 。

▍結語

在過去十幾年中，科研人員致力于設計和制造微納米馬達，以完成一些復雜而精細的任務。在應用領域上，微納米馬達作為一種新興的動態平臺，在精準醫學、微創醫學等方面具有廣闊的應用前景。

大量的概念性遞藥和微型手術實驗證明這類微型機器人很有希望成為下一代先進的動態治療平臺。

然而，當前的微納米馬達仍然亟需開發一個完全生物相容的體系，使其在生理環境下具有良好的運動能力并在特定位置展現出所需的功能，以更加滿足實際生物醫學領域應用的要求。

引用信息：Huaijuan Zhou, Guozhao Dong, Ge Gao, Ran Du, Xiaoying Tang, Yining Ma, Jinhua Li, "Hydrogel-Based Stimuli-Responsive Micromotors for Biomedicine", Cyborg and Bionic Systems, vol. 2022, Article ID 9852853, 12 pages, 2022. https://doi.org/10.34133/2022/9852853