近日，，，， ，我院微纳机械人中心主任俞江帆教授团队在Science Advances颁发以“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
期刊介绍
Science Advances是美国科学推进协会（AAAS）的多学科期刊，，，， ，Science子刊。。。。 。。在综合科学领域颁发有世界级影响力的钻研论文。。。。 。。Science Advances通过扩大Science杂志的能力来支持AAAS的使命，，，， ，以鉴别和推进科学和工程在宽泛领域的沉猛进展。。。。 。。
钻研布景
肺部药物递送在肺部疾病医治中备受关注，，，， ，如肺癌、囊性纤维化等。。。。 。。传统全身给药规划存在脱靶堆集风险，，，， ，而经支气管吸入给药方式虽能直达病灶，，，， ，却仍会对肺部健全组织带来不良影响。。。。 。。支气管镜染指可实现部门给药，，，， ，但其机械刚性限度了在复杂支气管树中的矫捷性和精准操作。。。。 。。磁性微机械人集群为突破肺部给药瓶颈提供了新思路，，，， ，其拥有远程操控性、活动矫捷性和医学影像加强个性，，，， ，已在膝关节软骨建复、眼底给药等场景验证了靶向递送能力。。。。 。。然而，，，， ，肺部非流体环境、黏液樊篱及支气管复杂结构对微机械人集群精准靶向递送提出了怪异挑战。。。。 。。
钻研内容
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。。。。 。。结合可编程磁场调控技术，，，， ，实现了微机械人集群的多模态活动节造和自适应状态沉构，，，， ，并在体表复杂支气管模型中展示出三维活动能力和精准导航。。。。 。。结合医学成像造影剂，，，， ，实现了X射线透视成像下的集群追踪，，，， ，在离体猪肺模型中验证了存在黏液情况下的集群磁控导航。。。。 。。进一步，，，， ，基于推算机断层扫描成像反馈，，，， ，在活体猪模型中，，，， ，有效节造集群按需进行结构沉构以预防微凝胶颗粒迷失进非指标分支中，，，， ，驱动集群沿着支气管壁攀爬进入倾斜分支，，，， ，并成功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使劲和毛细力以及表部磁场梯度力，，，， ，微凝胶颗粒在非流体环境中组成平面状微机械人集群，，，， ，如图2A和B所示。。。。 。。在分歧的环境中对颗粒集群进行导航，，，， ，验证了集群的环境适应性和活动矫捷性（图2C-E）。。。。 。。
图2 微机械人集群天生与活动
视频1 微机械人集群天生与活动
微机械人集群可能自动响应表界磁场进行状态沉构。。。。 。。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垂直活动。。。。 。。依附垂直提升活动和自适应沉构能力，，，， ，集群可在有阻碍的三维环境中进行导航（图3D）。。。。 。。集群进行结构沉构转化为三维柱状集群后，，，， ，覆盖面积也随之减幼。。。。 。。因而，，，， ，通过切换驱动模式，，，， ，可使集群在带孔的管路中进走活动，，，， ，同时保障集群齐全性，，，， ，将所有颗粒递送至指标地位（图3E）。。。。 。。对照组了局显示在不进行状态沉构时，，，， ，集群中颗粒损失严沉（图3F）。。。。 。。
图3 微机械人集群自适应沉构
视频2 微机械人集群自适应沉构
在体表支气管模型中，，，， ，微机械人集群可通过垂直活动和绕支气管壁的爬升活动达到上表表（图4A和B）。。。。 。。在上表表，，，， ，集群可活动进入倾斜的支气管，，，， ，如图4C所示。。。。 。。进一步，，，， ，集群递送战术在离体猪肺中进行了验证，，，， ，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部署在第二支气管，，，， ，随后施加旋转磁场驱动集群向下叶支气管活动（图4D）。。。。 。。当遇到向下的分支时，，，， ，集群进行结构沉构收缩覆盖面积，，，， ，以预防颗粒损失（图4E）。。。。 。。此表，，，， ，实现了将集群定向递送到指标倾斜分支（图4F）。。。。 。。
图4 微机械人集群在离体猪肺中的活动
视频3 微机械人集群在肺支气管模型中的活动
视频4 微机械人集群在离体猪肺中的活动
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。。。。 。。首先进行推算机断层扫描沉建支气管树结构（图5B），，，， ，并规划集群递送蹊径。。。。 。。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顺次向截面II和III活动（图5C），，，， ，揭示了将集群驱动至体内深处支气管的递送步骤的有效性。。。。 。。
视频5 微机械人集群在活体猪肺中的活动
作者简介
文章通讯作者为z6首页微纳机械人中心主任、香港中文大学（丽江）助理教授俞江帆。。。。 。。俞江帆是香港中文大学（丽江）理工学院助理教授、校长青年学者、z6首页微纳机械人中心主任。。。。 。。他是国度高档次青年人才，，，， ，主持国度沉点研发打算青年科学家、国度天然科学基金、广东省面上、丽江市沉点等项目。。。。 。。他是z6首页-招商局医疗机械人将来产业结合尝试室学术带头人，，，， ，担任CCF智能机械人专委会执行委员、IEEE高级会员。。。。 。。他的钻研重要集中在医用微型机械人领域，，，， ，至今颁发了70余篇顶级期刊及会议文章、2本专著，，，， ，颁发文章蕴含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，，，， ，蕴含IEEE RAS Early Academic Career Award、IROS最佳学生会讨论文奖，，，， ，国际基础科学大会前沿科学奖、吴文俊人为智能科技奖天然科学奖二等奖、中国电子学会天然科学二等奖、百度全球华人AI青年学者、IEEE 3M-NANO Rising Star Award。。。。 。。他担任Science Robotics, Science Advances, Nature Communications, PNAS等多个顶级期刊和会议的审稿人。。。。 。。
第一作者为香港中文大学（丽江）理工学院博士生陈辉。。。。 。。陈辉，，，， ，本硕毕业于哈尔滨工程大学，，，， ，现于香港中文大学（丽江）理工学院俞江帆教授团队攻读博士学位。。。。 。。重要钻研方向为微纳米机械人集群的结构设计、驱动方式及其生物医学利用。。。。 。。以第一作者、共统一作身份已在Science Advances、IEEE Transactions on Robotics、Advanced Materials、ACS Nano等国际顶级期刊上颁发工作。。。。 。。
* 有关论文信息由论文作者提供
