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克日，，，，，优德官网俞江帆教授团队在Advanced Materials揭晓以“Multi-legged Magnetic Soft Robot for On-demand Targeted Delivery in Pulmonary Environments”为题的文章，，，，，提出一种多足磁性软体机械人，，，，，该机械人可以在气管中凭证空间宽窄自动切换“行走”模式，，，，，穿越黏液，，，，，其携带药物抵达病灶后，，，，，可通过体外磁场加热“融化”密封盖，，，，，定点释放药物，，，，，完成后还能原路返回被接纳。。。。。。此项研究为肺部精准、清静送药提出新思绪。。。。。。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73957

01 期刊先容

Advanced Materials是由Wiley出书社于1988年开办的质料科学领域顶级国际期刊。。。。。。该期刊享有极高的学术声誉，，，，，焦点聚焦质料化学、物理、纳米手艺及生物医用等跨学科前沿领域的高水平研究。。。。。。该期刊最新影响因子为29.1，，，，，JCR分区Q1。。。。。。

02 研究配景

支气管内给药是治疗呼吸系统疾病的主要方法。。。。。。然而，，，，，由于吸入式给药主要依赖药物的被动运输，，，，，而支气管镜在狭窄、曲折的远端气道中运动和操控能力有限，，，，，实现精准的肺部局部药物递送仍面临挑战。。。。。。无线磁控软体机械人具有柔软、远程可控等优势，，，，，已在血管、胃肠道、脑部和生殖道等心理情形中展现出应用潜力。。。。。。但肺部支气管树结构重大，，，，，并保存黏弹性黏液，，，，，这些因素对机械人在气道中的稳固导航和药物递送提出了挑战。。。。。。因此，，，，，开发一种能够穿越重大支气管树、抵达远端支气管，，，，，并在目的位置实现按需药物释放和清静接纳的磁控软体机械人，，，，，可以为肺部精准给药提供新的手艺思绪。。。。。。

03 研究内容

该研究提出了一种用于肺部靶向药物递送的多足磁性软体机械人。。。。。。唬；；；；；等司哂杏糜谠匾┑闹行目涨唬，，，，空腔两头接纳相变质料举行密封，，，，，以镌汰药物在导航历程中的非目的释放（图1A）。。。。。。在外部旋转磁场的驱动下，，，，，机械人可凭证气道情形约束水平，，，，，自顺应切换转动、粘滑和爬行三种运动模态。。。。。。抵达目的区域后，，，，，通过施加高频交变磁。。。。。。，，，，使用磁热效应熔化密封质料，，，，，从而实现药物的按需释放。。。。。。完成递送后，，，，，机械人可在磁场控制下返回气管插管并被接纳（图1B和C）。。。。。。

图1 多足磁性软体机械人的肺部导航、药物释放和接纳

在外部旋转磁场的驱动下，，，，，机械人能够凭证周围情形约束，，，，，自顺应切换转动、粘滑和爬行三种运动模态。。。。。。在较宽的通道中，，，，，机械人主要以转动模态实现快速运动；；；；；；；随着通道直径减。。。。。。，，，，转动模态受到限制，，，，，机械人转变为粘滑模态；；；；；；；进入高度受限的细小通道后，，，，，机械人通过多足结构形成异时波，，，，，以爬行模态向前运动（图2）。。。。。。差别运动模态之间的自顺应切换提升了机械人在直径转变的气道中的情形顺应能力。。。。。。

图2 机械人转动、粘滑和爬行运动模态及其自顺应切换

视频1 机械人转动、粘滑和爬行运动模态及其自顺应切换

作者验证了机械人在多种管道情形中的运动能力。。。。。。为模拟气道内黏液情形，，，，，在笼罩模拟黏液的周期性升沉气管模子中验证了机械人运动能力。。。。。。效果批注，，，，，机械人能够战胜黏液阻力与外貌不规则性，，，，，在该情形中坚持稳固运动（图3A）。。。。。。在保存气液两相的分叉通道中，，，，，机械人能够跨越气–液界面并在充满模拟黏液的通道中实现稳固运动（图3B）。。。。。。为模拟呼吸运动引起的气道直径动态转变，，，，，作者构建了可周期性伸缩的柔性通道，，，，，使通道直径在4 mm与2.8 mm之间周期性转变，，，，，验证了机械人在动态情形中仍可坚持稳固推进，，，，，实现有用运动（图3C）。。。。。。

图3 机械人在重大腔道情形中的运动

视频2 机械人在重大腔道情形中的运动

为实现药物的保唬；；；；；ず桶葱枋头牛，，，，作者将药物装载到机械人中心的载药空腔中，，，，，接纳由十六醇、油酸和Fe?O?颗粒组成的相变质料对载药空腔举行密封（图4A）。。。。。。流变测试批注，，，，，该质料在约42.3 ℃爆发固液相变，，，，，在体温条件下能够坚持固态（图4B）。。。。。。施加高频交变磁场后，，，，，Fe?O?颗粒通过磁热效应使密封质料升温并熔化，，，，，从而触发药物释放。。。。。。作者划分验证了装载多柔比星溶液和罗丹明B溶液的机械人的磁热释药性能，，，，，实验效果显示，，，，，多柔比星溶液与罗丹明B溶液均可在磁热后实现一连释放（图4C）。。。。。。

图4 基于磁热效应的按需药物递送系统

在离体猪肺实验中，，，，，首先通过支气管镜将载药机械人安排至主支气管，，，，，并在旋转磁场的驱动下使机械人沿预设路径向远端支气管运动。。。。。。唬；；；；；等嗽谥髦芮蚪幽勺Ｌ，，，，在直径较小的支气管中切换至粘滑模态，，，，，进入高度受限的远端支气管后则接纳爬行模态，，，，，最终抵达目的区域（图5A–D）。。。。。。通过磁热效应熔化密封质料，，，，，实现所装载药物的按需释放（图5E）。。。。。。完成药物释放后，，，，，机械人在旋转磁场控制下进入气管插管并被乐成接纳（图5F）。。。。。。

图5 机械人在离体猪肺中的导航、药物递送和与接纳

视频3 机械人在离体猪肺中的导航、药物递送和与接纳

04 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）理工学院副教授、人工智能学院兼聘副教授、校长青年学者、优德官网（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。。。。。。他是招商局-优德官网医疗机械人未来工业团结实验室学术带动人，，，，，担当中国自动化学会、中国盘算机学会智能机械人专委会执行委员、中国微纳手艺学会微纳机械人分会理事、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80余篇顶级期刊及聚会文章、2部专著、1部编著，，，，，以第一/通讯作者身份揭晓文章包括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、亚太区 MIT TR 35、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IEEE TRO、IEEE TASE的编委，，，，，以及Science Robotics、Science Advances、Nature Nanotechnology、Nature Sensors、Nature Communications、PNAS等多个顶级期刊和聚会的审稿人。。。。。。

本文配合通讯作者为优德官网副研究员王潇朴。。。。。。

王潇朴是优德官网（优德官网）副研究员，，，，，香港中文大学（深圳）理工学院客座助理教授，，，，，主持的项目包括国家自然科学基金、广东省面上等。。。。。。她多年来一直从事生物医用磁驱动微纳/微型机械人研究，，，，，详细应用偏向包括智能药物递送、栓塞治疗术、血流导向应用等。。。。。。因其在生物医用微纳机械人相关研究中的突出孝顺，，，，，她于2020年6月获得了瑞士生物质料与再生医学协会揭晓的2020年度研究奖（SSB+RM Research Award 2020，，，，，每年仅授予一位）。。。。。。到现在为止，，，，，她共揭晓国际高水平期刊及聚会论文40余篇，，，，，其中一区以上期刊论文28篇，，，，，第一作者期刊论文6篇（含1篇配合第一作者），，，，，通讯作者（含配合通讯作者）期刊论文12篇。。。。。。据Web of Science统计，，，，，文章总引用量3000余次，，，，，一作论文单篇最高引用量419次，，，，， H-index 22，，，，，i10-index 26。。。。。。

第一作者为香港中文大学（深圳）理工学院博士生张立群。。。。。。

张立群，，，，，本科结业于中南大学，，，，，硕士结业于新加坡国立大学，，，，，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。。。。。。主要研究偏向为磁性软体机械人和柔性电子的生物医疗应用。。。。。。

* 相关论文信息由论文作者提供

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