中科院研发3D 打印磁铁驱动微型机器人鱼在体内游动释放药物

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微型机器人因其在微型物体操纵和靶向给药方面的广泛应用而引起了广泛关注。实现更复杂的微/纳米货物操作(例如封装和释放)在生物应用中,非常需要赋予微型机器人以适应动态环境的形状变形能力。

直接向癌症输送化疗药物有助于减少副作用,很快这项工作就可以由微型 3D 打印的机器人动物完成。这些微型机器人由磁铁驱动,只有在遇到肿瘤周围的酸性环境时才会释放药物载荷。

科学家们之前已经制造出可以操纵微小物体的微型(小于 100 µm)机器人,但大多数机器人无法改变它们的形状来执行复杂的任务,例如释放药物。一些团队制作了 4D 打印物体(3D 打印设备,可根据某些刺激改变形状),但它们通常只执行简单的动作,并且无法远程控制它们的运动。在向这些设备的生物医学应用迈出的一步中,李佳文、张丽、吴东及其同事希望开发形状变形的微型机器人,可以通过磁铁引导到特定部位进行治疗。由于肿瘤存在于酸性微环境中,研究小组决定让微型机器人改变形状以响应降低的 pH 值。

新的微型机器人由水凝胶 3D 打印成不同动物的形状,如鱼、螃蟹和蝴蝶,具有可以携带颗粒的空隙。该团队调整了特定区域的打印密度,例如蟹爪的边缘或鱼的嘴巴,以便它们可以根据酸度的变化而打开或关闭。最后,将微型机器人放入含有氧化铁纳米颗粒的溶液中,使其具有磁性。该研究发表在ACS Nano杂志上。

一种新的微型机器人鱼有一天可以带着一口药物游过身体,遇到癌细胞时会自动吐出

最终的结果是微型机器人可以装载药物纳米粒子并使用磁铁引导到目标位置,在那里它们会由于 pH 值的变化而自动释放其有效载荷。

在实验室测试中,研究人员使用磁铁引导鱼微型机器人穿过模拟血管,朝向一端的癌细胞群。在那个区域,研究小组使溶液稍微偏酸性,鱼张开嘴,根据提示吐出药物,杀死癌细胞。在其他测试中,螃蟹微型机器人可以用爪子夹住药物纳米颗粒,快速移动到目标位置,然后释放它们。

如果最近的研究有根据的话,成群的微型机器人很快就会在我们的身体中游泳、滚动、爬行、行走、蠕动和翻筋斗,以更直接地输送药物。但新设计似乎特别有前途,这要归功于它们能够在需要的地方自动释放药物。

只微型机器人螃蟹可以用爪子夹住药物纳米颗粒,将它们带到所需的位置并释放它们。

当然,微型机器人还没有完全准备好在你的血管中游动。该团队表示,它们需要变得更小,并且还需要开发一种通过身体对它们进行成像和跟踪的方法。

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