摘要：近年来，微纳机器人能够在复杂的体内环境中自由导航，为疾病诊断、精准药物递送、解毒和微创手术等应用提供了前所未有的可能性。尽管前景广阔，这类技术在实际应用中仍面临诸多挑战，包括如何在复杂的体内生物环境中实现稳定的推进、深层组织中的实时成像与定位、精准的远程控制以

近年来，微纳机器人能够在复杂的体内环境中自由导航，为疾病诊断、精准药物递送、解毒和微创手术等应用提供了前所未有的可能性。尽管前景广阔，这类技术在实际应用中仍面临诸多挑战，包括如何在复杂的体内生物环境中实现稳定的推进、深层组织中的实时成像与定位、精准的远程控制以实现靶向治疗，以及确保高效的治疗效果。

加州理工学院（Caltech）高伟教授团队开发了一种基于超声驱动的生物降解水凝胶微型机器人（Bioresorbable acoustic microrobot, BAM），成功实现了在复杂生物环境中的高效导航、药物递送及生物相容性。

这种微型机器人利用高分辨率双光子聚合技术（TPP）制备，将磁性纳米颗粒和治疗药物嵌入水凝胶基质内，并设计了一种独特的双开口气泡捕获腔结构，从而显著提高其在生物液体中的推进效率和稳定性。

技术亮点

1.基于气泡的声学推进与超声成像：利用超声波振荡气泡产生的流体动力，BAM可在尿液、血液等复杂生物液体中高效推进。同时捕获腔内的气泡可作为超声成像造影剂，实现对机器人运动轨迹的实时监测，并通过无线磁控实现精准的导航。这种技术为微创手术和精准药物递送提供了强有力的支持。

2.双表面修饰：内表面为疏水层，显著延长气泡在体液中的存留时间；外表面为亲水层，有效避免微米机器人的聚集，促进其生物降解。

3.双开口气泡捕获腔结构设计，使BAM能够在多种生物液体中维持稳定而高效的声学推进。

4.生物兼容性与降解性：BAM的主体由聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）构成，该材料具备水解驱动生物降解性，降低药物递送后残留风险。

5.实时引导与靶向治疗：BAM打印材料中引入的磁纳米颗粒使其可被外界磁场引导。利用超声成像监测BAM位置，BAM可以将抗癌药物5-氟尿嘧啶（5-FU）运输至目标部位，如肿瘤区域，并通过缓释方式释放药物。这种定向递送方式避免了药物扩散至其他组织的副作用，在小鼠膀胱癌模型中显著缩小了肿瘤体积。

应用前景

BAM的出现为精准医疗开辟了新方向，尤其是在肿瘤治疗、微创手术和药物递送领域。未来，研究团队计划进一步优化设计，以适应更多的医学应用场景。

“我们的目标是开发一套可以覆盖复杂生物环境中所有需求的微型机器人平台。”项目负责人、加州理工学院的Gao Wei教授表示。

该论文以“Imaging-guided bioresorbable acoustic hydrogel microrobots”为题发表在《Science Robotics》上，第一作者为加州理工学院博士生韩弘，马笑天，邓炜婷和南加州大学(USC)博士生张俊航。通讯作者为加州理工学院高伟教授、Julia R. Greer教授、Di Wu博士以及南加州大学的周启发教授。

文章链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adp3593
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来源：小玉科技每日一讲