近日，位于德國斯圖加特的馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究團隊從白細胞中得到靈感，研發(fā)了一款可攜帶藥物進入血管的微型機器人。該機器人的直徑在3～7.8微米，相比之下，人類紅細胞的直徑為8微米。工作時，該機器人進入癌癥病人的血管，逆著血液流動方向移動，每秒可以移動600微米。找到癌細胞后，在特定的紫外線刺激下，機器人可以釋放藥物。

這項研究發(fā)表在機器人期刊《Science Robotics》上，論文標題為《在血液流動中靶向運輸?shù)亩喙δ鼙砻嫖⑿蜐L筒(Multifunctional Surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flo)》。

論文鏈接：

https://robotics.sciencemag.org/content/5/42/eaba5726

一、機器人模仿白細胞：沿著血管壁移動，識別出特定細胞

在之前的醫(yī)學實踐中，微型機器人只能進入消化道、腹膜腔等器官中，幫助生成醫(yī)學影像。人們一直設想能把微型機器人放入人體循環(huán)系統(tǒng)，使其精準地定位病灶，靶向投放藥物。但實際上，這一設想很難實現(xiàn)，這是因為血管內(nèi)的物理環(huán)境比較復雜，不利于機器人的移動。

血液流動會造成密集的非均質(zhì)流體環(huán)境，而能進入血管的微型機器人直徑一般小于10微米、在復雜流體環(huán)境中難以保持推進力。

根據(jù)論文，白細胞是唯一能夠沿著血管內(nèi)壁移動的細胞。馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的研究人員仔細觀察了白細胞在血管中的運動方式，發(fā)現(xiàn)了白細胞能夠在血管中“逆流而上”的原因。

他們發(fā)現(xiàn)，相比于在血管中心處的血液流速，血管壁處的血液流速較低，白細胞沿著血管壁移動、受到的阻力較小。

白細胞的另一個特性是能夠以高時空分辨率識別和清除受損或被感染的組織。這是因為白細胞上存在“識別部分”，可以識別出內(nèi)皮細胞。當識別出受損或被感染的組織細胞后，白細胞會與它們結(jié)合。

研究人員仿照白細胞的移動方式，設計出一款可以沿著細胞壁移動、并識別出特定細胞的機器人。

二、球形機器人用磁力驅(qū)動，1秒能走600微米

在本項研究中，研究人員設計了一個球形的微型機器人，該機器人用玻璃微粒制成，直徑在3～7.8微米之間。機器人外表一分為二，涂上不同材料：

微型機器人表面一半被鎳和金制成的磁性納米薄膜覆蓋，利用磁力獲得推進力，每秒可以移動600微米，相當于76個機器人體長!另一半涂有抗癌藥物和能識別癌細胞的分子，可以定位癌細胞并精準投放藥物。

研究人員設計用紫外線觸發(fā)機器人釋放藥物。用365nm的紫外線照射30s后，藥物會從微型機器人中釋放出來。

本項研究選用乳腺癌靶向藥分子DOX分子進行實驗，在DOX分子用熒光信號做標記，以便判斷藥物是否被釋放出來。

三、微型機器人在模擬血管中輕松移動

設計好機器人后，研究人員進行一個實驗測試其性能。

首先，研究人員用人體內(nèi)皮細胞合成管道模擬血管，在其中注入老鼠CD1全血液。然后，研究人員把微型機器人放入這條血管中。

測試結(jié)果顯示，當血液不流動時，微型機器人在血液中的推動、導航都十分輕松。研究人員進一步模擬了微型機器人在血液流動時的運動情況。結(jié)果顯示，這兩款微型機器人均能在血管中向血液上游移動。

在血流流動力為1.2dyn/cm2的情況下，鎳涂層厚度為480nm的微型機器人移動速度達到55.5±20.8μm/s，涂層厚度2微米的機器人移動速度達到156.7±36.6μm/s。

關鍵詞： 抗癌機器人