[科学技术]抗癌机器人能在血管里“跑酷” 直径小至3微米 每秒移动600微米

原标题:抗癌机器人可以在直径小至3微米的血管中“跑酷”，每秒钟移动600微米

最近，德国斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所的研究团队从白细胞中获得灵感，开发了一种可以将药物运送到血管中的微型机器人。该机器人的直径为3 ~ 7.8微米，而人类红细胞的直径为8微米。工作时，机器人进入癌症患者的血管，逆着血流方向移动，每秒可移动600微米。发现癌细胞后，机器人可以在特定的紫外线刺激下释放药物。

这项研究发表在机器人科学杂志《机器人学》上，论文的标题是“用于在生理血粉中靶向货物输送的多功能表面微收集器”。

论文链接:

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

首先，机器人模仿白细胞:沿着血管壁移动并识别特定细胞

在以往的医疗实践中，微型机器人只能进入消化道、腹腔等器官帮助生成医学图像。人们总是设想可以将微型机器人置入人体循环系统，使其能够准确定位病灶，靶向给药。但实际上这个假设很难实现，因为血管中的物理环境比较复杂，不利于机器人的运动。

血流会造成密集的异质流体环境，而能进入血管的微型机器人一般直径小于10微米，在复杂的流体环境中很难维持推进。

根据这篇论文，白细胞是唯一可以沿着血管内壁移动的细胞。马克斯·普朗克智能系统研究所的研究人员仔细观察了血管中白细胞的运动，发现了白细胞可以在血管中“逆流”的原因。

他们发现，与血管中心的血流速度相比，血管壁的血流速度较低，白细胞沿血管壁移动的阻力较小。

白细胞的另一个特征是，它们可以以高分辨率识别和清除受损或感染组织。这是因为白细胞上有“识别部位”，可以识别内皮细胞。当受损或感染的组织细胞被识别时，白细胞会与它们结合。

研究人员设计了一种机器人，它可以沿着细胞壁移动，并通过模仿白细胞的移动方式来识别特定的细胞。

第二，球形机器人由磁力驱动，一秒钟可以行走600微米

在这项研究中，研究人员设计了一个球形微型机器人，它由玻璃颗粒制成，直径在3到7.8微米之间。机器人外观分为两种，涂有不同的材料:

微型机器人表面的一半被镍和金制成的磁性纳米薄膜覆盖，微型机器人每秒可以移动600微米，相当于76个机器人身体。另一半涂有抗癌药物和可以识别癌细胞的分子，可以定位癌细胞，准确地输送药物。

研究人员设计使用紫外线来触发机器人释放药物。药物经过365nm的紫外线照射30秒后会从微型机器人中释放出来。

本研究选择乳腺癌靶向药物分子dox分子进行实验，用荧光信号标记dox分子，判断药物是否释放。

第三，微型机器人在模拟血管中容易移动

设计完机器人后，研究人员进行了一项实验来测试它的性能。

首先，研究人员用人类内皮细胞的合成通道模拟血管，并将小鼠的cd1全血注入其中。然后，研究人员将微型机器人放入这条血管。

测试结果表明，当血液不流动时，微型机器人可以在血液中轻松推进和导航。研究人员进一步模拟了血液流动时微型机器人的运动。结果表明，这两个微型机器人都可以在血管中向上游移动。

当血流力为1.2 yn/cm2时，镀镍层厚度为480nm的微型机器人移动速度达到55.5±20.8微米/秒，镀镍层厚度为2微米的机器人移动速度达到156.7±36.6微米/秒