仿生人工微管系统为微纳机器人搭建专用高速公路

在医疗领域，用微纳机器人精准递送药物一直是科学家渴望实现的目标。从实际应用角度看，如果能让微纳机器人自主或借助外场操控，自行走到病灶位置或在人体内精准释放药物，无论对基础研究还是临床应用都是巨大进步。然而，这条道路充满荆棘。德国康斯坦茨大学物理系博士后顾红日曾比喻：“这就像在风雨交加的天气中，想通过无人机把快递送到遥远的村庄。”远途、环境障碍、是否可控——每一道关卡都让“安全、平稳运输”充满不确定性。实际上，将尺度缩小几千倍到微纳尺度，微纳机器人实现精准递药的复杂性和难度比无人机送快递高出许多。

近期，苏黎世联邦理工学院和宾夕法尼亚大学团队设计开发了一种仿生人工微管系统，它由磁性颗粒组成的嵌入式微纤维构成，形状“细而长”类似头发丝，宽度80微米、高度40微米，长度可达几厘米。在微纳尺度下，该人工微管为微纳机器人走得更稳、更精准提供了新方案，相当于在血管的复杂环境中为微纳机器人架起一座“专用高速公路”。相比现有磁性微纳机器人，使用人工微管可将运行速度提升1个数量级，未来有望在人体血管中递送药物时发挥稳定优势。

一、微纳机器人面临的三大技术难点

当前，国内外众多课题组都在研究微纳机器人，并在成像、材料、驱动、控制和导航等方面取得进展。但微纳机器人的主要技术难点在于，难以做到以下三个部分的“完美平衡”：

• 第一，材料选择受限。微纳机器人体积有限，必须确定在它身上放置哪种材料。以磁性微纳米机器人为例，为使其在磁场中保持有力、高速运动，就需要强磁性材料作为保障。
• 第二，载药量受限。需要兼顾可承载递送药物的具体定量，在有限空间内尽可能多携带药量。
• 第三，追踪控制受限。微纳机器人在体内处于无线移动状态，为达到精准追踪和控制目的，制备材料还需满足在X光下可显影被看到。

顾红日表示：“这三部分都要抢占微纳米机器人上宝贵而有限的空间，因此如何平衡三者就成了难题。实际上，并非简单集成三者就能解决问题。”

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