克日，，，，，我院微纳机械人中心主任俞江帆教授团队在Science Advances揭晓以“Active microgel particle swarms for intrabronchial targeted delivery”为题的文章。。 。 。 。。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr3356
期刊先容
Science Advances是美国科学增进协会（AAAS）的多学科期刊，，，，，Science子刊。。 。 。 。。在综合科学领域揭晓有天下级影响力的研究论文。。 。 。 。。Science Advances通过扩展Science杂志的能力来支持AAAS的使命，，，，，以识别和增进科学和工程在普遍领域的重大希望。。 。 。 。。
研究配景
肺部药物递送在肺部疾病治疗中备受关注，，，，，如肺癌、囊性纤维化等。。 。 。 。。古板全身给药计划保存脱靶积累危害，，，，，而经支气管吸入给药方法虽能直达病灶，，，，，却仍会对肺部康健组织带来不良影响。。 。 。 。。支气管镜介入可实现局部给药，，，，，但其机械刚性限制了在重大支气管树中的无邪性和精准操作。。 。 。 。。磁性微机械人集群为突破肺部给药瓶颈提供了新思绪，，，，，其具有远程操控性、运动无邪性和医学影像增强特征，，，，，已在膝枢纽软骨修复、眼底给药等场景验证了靶向递送能力。。 。 。 。。然而，，，，，肺部非流体情形、黏液屏障及支气管重大结构对微机械人集群精准靶向递送提出了奇异挑战。。 。 。 。。
研究内容
本项目提出了由微凝胶颗粒组成的磁性微机械人集群用于支气管内靶向递送，，，，，如图1所示。。 。 。 。。团结可编程磁场调控手艺，，，，，实现了微机械人集群的多模态运动控制和自顺应形态重构，，，，，并在体外重大支气管模子中展现出三维运动能力和精准导航。。 。 。 。。团结医学成像造影剂，，，，，实现了X射线透视成像下的集群追踪，，，，，在离体猪肺模子中验证了保存黏液情形下的集群磁控导航。。 。 。 。。进一步，，，，，基于盘算机断层扫描成像反响，，，，，在活体猪模子中，，，，，有用控制集群按需举行结构重构以阻止微凝胶颗粒丧失进非目的分支中，，，，，驱动集群沿着支气管壁攀爬进入倾斜分支，，，，，并乐成将所包裹货物递送至肺深处靶向支气管。。 。 。 。。
图1 用于支气管内靶向递送的磁性微机械人集群
通过施加旋转磁场，，，，，基于颗粒间的磁偶极相互作用力和毛细力以及外部磁场梯度力，，，，，微凝胶颗粒在非流体情形中组成平面状微机械人集群，，，，，如图2A和B所示。。 。 。 。。在差别的情形中对颗粒集群举行导航，，，，，验证了集群的情形顺应性和运动无邪性（图2C-E）。。 。 。 。。
图2 微机械人集群天生与运动
视频1 微机械人集群天生与运动
微机械人集群能够自动响应外界磁场举行形态重构。。 。 。 。。在振荡磁场下，，，，，平面状集群转变为三维柱状集群（图3A-C）。。 。 。 。。通过施加向上的磁梯度力，，，，，微机械人集群可实现从地面到顶板的笔直运动。。 。 。 。。依赖笔直提升运动和自顺应重构能力，，，，，集群可在有障碍的三维情形中举行导航（图3D）。。 。 。 。。集群举行结构重构转化为三维柱状集群后，，，，，笼罩面积也随之减小。。 。 。 。。因此，，，，，通过切换驱动模式，，，，，可使集群在带孔的管道中举行运动，，，，，同时包管集群完整性，，，，，将所有颗粒递送至目的位置（图3E）。。 。 。 。。比照组效果显示在不举行形态重构时，，，，，集群中颗粒损失严重（图3F）。。 。 。 。。
图3 微机械人集群自顺应重构
视频2 微机械人集群自顺应重构
在体外支气管模子中，，，，，微机械人集群可通过笔直运动和绕支气管壁的爬升运动抵达上外貌（图4A和B）。。 。 。 。。在上外貌，，，，，集群可运动进入倾斜的支气管，，，，，如图4C所示。。 。 。 。。进一步，，，，，集群递送战略在离体猪肺中举行了验证，，，，，如图4D-F所示。。 。 。 。。为了跟踪集群，，，，，在微凝胶颗粒中掺杂成像造影剂，，，，，用于X射线透视成像。。 。 。 。。支气管镜首先将集群安排在第二支气管，，，，，随后施加旋转磁场驱动集群向下叶支气管运动（图4D）。。 。 。 。。当遇到向下的分支时，，，，，集群举行结构重构缩短笼罩面积，，，，，以阻止颗粒损失（图4E）。。 。 。 。。别的，，，，，实现了将集群定向递送到目的倾斜分支（图4F）。。 。 。 。。
图4 微机械人集群在离体猪肺中的运动
视频3 微机械人集群在肺支气管模子中的运动
视频4 微机械人集群在离体猪肺中的运动
在活体猪肺中，，，，，实现了将微机械人集群长距离递送至深处靶向支气管，，，，，示意图如图5A所示。。 。 。 。。首先举行盘算机断层扫描重修支气管树结构（图5B），，，，，并妄想集群递送路径。。 。 。 。。使用支气管镜将集群递送至截面I，，，，，随后施加磁场驱动集群依次向截面II和III运动（图5C），，，，，展现了将集群驱动至体内深处支气管的递送要领的有用性。。 。 。 。。
视频5 微机械人集群在活体猪肺中的运动
作者简介
文章通讯作者为优德官网微纳机械人中心主任、香港中文大学（深圳）助理教授俞江帆。。 。 。 。。俞江帆是香港中文大学（深圳）理工学院助理教授、校长青年学者、优德官网微纳机械人中心主任。。 。 。 。。他是国家高条理青年人才，，，，，主持国家重点研发妄想青年科学家、国家自然科学基金、广东省面上、深圳市重点等项目。。 。 。 。。他是优德官网-招商局医疗机械人未来工业团结实验室学术带动人，，，，，担当CCF智能机械人专委会执行委员、IEEE高级会员。。 。 。 。。他的研究主要集中在医用微型机械人领域，，，，，至今揭晓了70余篇顶级期刊及聚会文章、2本专著，，，，，揭晓文章包括Nature Machine Intelligence、Science Advances、Nature Communications、IJRR、TRO、Advanced Materials等。。 。 。 。。他获得了多个有影响力的奖项，，，，，包括IEEE RAS Early Academic Career Award、IROS最佳学生聚会论文奖，，，，，国际基础科学大会前沿科学奖、吴文俊人工智能科技奖自然科学奖二等奖、中国电子学会自然科学二等奖、百度全球华人AI青年学者、IEEE 3M-NANO Rising Star Award。。 。 。 。。他担当Science Robotics, Science Advances, Nature Communications, PNAS等多个顶级期刊和聚会的审稿人。。 。 。 。。
第一作者为香港中文大学（深圳）理工学院博士生陈辉。。 。 。 。。陈辉，，，，，本硕结业于哈尔滨工程大学，，，，，现于香港中文大学（深圳）理工学院俞江帆教授团队攻读博士学位。。 。 。 。。主要研究偏向为微纳米机械人集群的结构设计、驱动方法及其生物医学应用。。 。 。 。。以第一作者、配合一作身份已在Science Advances、IEEE Transactions on Robotics、Advanced Materials、ACS Nano等国际顶级期刊上揭晓事情。。 。 。 。。
* 相关论文信息由论文作者提供
