【ZiDongHua 之自動化學(xué)院派收錄關(guān)鍵詞：武漢理工大學(xué) 微納機(jī)器人 納米機(jī)器人 人工智能 機(jī)器人 】
　　
　　全球首創(chuàng)！武漢理工團(tuán)隊成功研制可注射溶栓納米機(jī)器人
　　
　　近日，我校材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室和材料科學(xué)與工程國際化示范學(xué)院（微電子學(xué)院）官建國教授團(tuán)隊在微納機(jī)器人研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研制出可注射溶栓納米機(jī)器人。
　　
　　研究成果以“Swarming magnetic nanorobots bio-interfaced by heparinoid-polymer brushes for in vivo safe synergistic thrombolysis”為題刊登在Science子刊《Science Advances》上，并且被《Science Advances》期刊網(wǎng)站首頁以“Injectable nanobots deliver drugs for targeted therapies”作為Featured image加以推介。
　　
　　
　　
　　在《Science Advances》期刊主頁上
　　
　　的Feature Image介紹
　　
　　2021年Science期刊發(fā)布了125個新科學(xué)問題，其中在人工智能領(lǐng)域的第一條就提出了：可注射的抗病納米機(jī)器人會成為現(xiàn)實嗎？
　　
　　由于人體血液循環(huán)系統(tǒng)幾乎與所有重要組織和器官相連，開發(fā)可注射的納米機(jī)器人進(jìn)入血液系統(tǒng)執(zhí)行藥物靶向遞送和心血管相關(guān)疾病治療等任務(wù)將給生物醫(yī)療領(lǐng)域帶來變革性新技術(shù)，具有重要學(xué)術(shù)意義和臨床價值。然而，在實際應(yīng)用中如何實現(xiàn)納米機(jī)器人在生物介質(zhì)中的有效驅(qū)動、長循環(huán)壽命、高效靶向遞送和高生物安全性等問題一直嚴(yán)重制約它們在精準(zhǔn)醫(yī)療方面的臨床化應(yīng)用。
　　
　　最近，該團(tuán)隊通過在超順磁納米粒子表面修飾類肝素分子刷（PSS）開發(fā)了一種磁驅(qū)載藥溶栓納米機(jī)器人（HPB-NRs）。由于表面修飾的PSS能賦予磁性納米粒子（MB@PSS）高的表面電荷，因而它不僅能通過靜電相互作用負(fù)載溶栓藥物t-PA，而且能在血液系統(tǒng)中實現(xiàn)高分散性和高血液相容性，表現(xiàn)出低溶血率（＜5%）、強(qiáng)的抗生物粘附和自抗凝能力。更有意思的是，這些磁性納米粒子還在交變磁場作用下能可逆組織成可拆解的HPB-NRs集群執(zhí)行心血管疾病（血栓）的安全靶向治療，解決傳統(tǒng)溶栓治療效率低、易帶來出血等致命性風(fēng)險。
　　
　　具體治療策略為MB@PSS納米粒子懸浮液通過靜脈注射到生物體內(nèi)，然后會以單個粒子形式分散在血液循環(huán)系統(tǒng)中。在血栓上游通過梯度磁場將MB@PSS納米粒子在該部位高效富集；然后在交變磁場控制下組裝成HPB-NRs集群導(dǎo)航運(yùn)動到血栓病灶部位，最后通過協(xié)同“運(yùn)動靶向”給藥和機(jī)械破壞進(jìn)行安全高效的溶栓。體外實驗和大鼠活體實驗均證實，負(fù)載t-PA的HPB-NRs可以在4 h內(nèi)疏通大鼠股靜脈血栓；以及在完成溶栓任務(wù)后，撤除外磁場，HPB-NRs集群在血液中又可自動拆解分散成單個的MB@PSS納米粒子，不會產(chǎn)生明顯的器官損傷或炎癥反應(yīng)。
　　
　
　　
　　MB@PSS納米粒子的結(jié)構(gòu)和在交變磁場下組裝形成HPB-NRs集群的靶向溶栓示意圖
　　
　　這項研究為納米機(jī)器人在心血管疾病的安全靶向治療方面奠定了基礎(chǔ)，為未來治療更具挑戰(zhàn)性的心血管疾病，如腦卒中和肺栓塞等提供了希望；更是一個具有前瞻性的通用靶向治療遞送平臺，能推動基于運(yùn)動的納米機(jī)器人在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新開辟了一條可行的路徑。
　　
　　材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室副主任首席教授官建國：“這就是我們研制的磁驅(qū)溶栓納米機(jī)器人，在外磁場作用下，它可以做爬行的運(yùn)動，導(dǎo)航到病灶部位。”
　　
　　眼前，這款通過肉眼看不見的納米量級的微小顆粒，就是可注射溶栓納米機(jī)器人，大小相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)絲粗細(xì)。與帶有電池、芯片等電子器件的金屬盔甲式“機(jī)器人”不同，納米機(jī)器人能將熱能、磁能、電能等其他形式的能量轉(zhuǎn)化為自身動能。它能夠像普通藥物一樣，通過靜脈注射方式注入體內(nèi)，并執(zhí)行溶栓任務(wù)，完成心血管疾病的安全靶向治療，極大減輕病人的痛苦并降低手術(shù)風(fēng)險。
　　
　　材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室副主任、首席教授官建國：“全世界范圍內(nèi)，第一次把磁驅(qū)溶栓納米機(jī)器人做到動物體內(nèi)實現(xiàn)安全的溶栓。在此之前，溶栓是可以解決，但會帶來其他副作用，另外機(jī)器人在血管里面自身會產(chǎn)生第二次血栓，我們實現(xiàn)了拆解，工作的時候是機(jī)器人，工作完了以后，它可以自動拆解成單個的納米粒子，不會在血管里面產(chǎn)生聚集凝結(jié)。”
　　
　　2012年起，官建國教授團(tuán)隊就啟動對微納機(jī)器人的研究發(fā)展，經(jīng)過十多年攻關(guān)，成功解決納米機(jī)器人在生物介質(zhì)中的有效驅(qū)動、高效靶向遞送等應(yīng)用難題，這將為納米機(jī)器人在心血管疾病的安全靶向治療方面奠定基礎(chǔ)。
　　
　　材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室副主任、首席教授官建國：“這項技術(shù)目前只是在動物身上做了實驗，進(jìn)入臨床的話還需要解決這個粒子在人體內(nèi)要完全自然降解掉。未來五到十年的階段，我們會讓這個磁驅(qū)機(jī)器人真正變成具有人的智能，可以按需給藥、自主尋靶，病人就可以享受到技術(shù)帶來的福音了。”
　　
　　武漢理工大學(xué)融媒體中心
　　
　　來源：新材料研究所、長江云