微機(jī)器人體系因?yàn)槠鋬?yōu)秀的時(shí)空可控制性比年來得到了遍及的探索，尤其在靶向藥物遞送等生物醫(yī)學(xué)行業(yè)顯示出偉大的利用遠(yuǎn)景。
然而，今朝常用的微機(jī)器人藥物裝載計(jì)謀（如外表潤(rùn)飾或共混）存在以下題目并極大地限定了它們的醫(yī)治服從：
1）裝載服從低，進(jìn)而致使了制備過程中的藥物揮霍和體內(nèi)遞送服從不高；
2）藥物正在遞送過程中缺少有用的珍愛，進(jìn)而招致其降解、失活和非特異性損失；
3）裝載計(jì)謀限定了藥物的挑選，比方輪廓潤(rùn)色須要對(duì)藥物開展物理或化學(xué)改性來實(shí)現(xiàn)粘附或共價(jià)毗鄰，而共混則須要藥物取打印樹脂的高度互溶且不受加工歷程危害。
鑒于此，英國(guó)皇家科學(xué)院院士、皇家工程院院士、美國(guó)國(guó)度工程院外籍院士、帝國(guó)理工學(xué)院Molly Stevens課題組提出了一種集成微流控裝載和浸封（MLDS）的可添補(bǔ)微機(jī)器人體系。該體系根據(jù)雙光子聚合手藝將微流控裝載體系取可添補(bǔ)微機(jī)器人一體化3D打印，行使微流控的上風(fēng)可實(shí)現(xiàn)將不一樣藥物以溶液情勢(shì)高精度直接裝載，進(jìn)而進(jìn)步裝載效力并最大限度地淘汰糜費(fèi)。取此同時(shí)開發(fā)了一種準(zhǔn)確可控的浸漬封裝計(jì)謀，行使刺激呼應(yīng)資料封裝和庇護(hù)微機(jī)器人內(nèi)裝載的藥物并保證其多少和構(gòu)造完整性。
論文的第一作者為博士后研究員孫汝杰博士和博士研究生宋昕，結(jié)果揭曉正在Advanced Materials上。配合作者包羅帝國(guó)理工學(xué)院周琨、左宇揚(yáng)、謝若簫、冷亦萱、馬鋆、劉雨彤及清華大學(xué)耿洪亞傳授等。
團(tuán)體設(shè)計(jì)
全部體系的制備進(jìn)程可分為構(gòu)造打印、微流控裝載、子體系分手、高精度浸封和微機(jī)器人分手五個(gè)步調(diào)。此中微流控裝載子體系由支持底座、微機(jī)器人陣列和微流控通道三部份構(gòu)成，微機(jī)器人陣列相互經(jīng)由過程微流體通道物理銜接，與此同時(shí)經(jīng)由過程兩個(gè)特別接口設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)藥物裝載和后續(xù)的次序分手。另外設(shè)計(jì)了特別的壓力開釋窗口制止藥物裝載進(jìn)程中殘存壓力招致的泄漏。
圖1.團(tuán)體體系設(shè)計(jì)
文章要點(diǎn) 1）首先經(jīng)過Nanoscribe雙光子打印技能自下而上一體化集成制作了全部體系，與此同時(shí)經(jīng)過優(yōu)化激光功率、掃描速度和算法優(yōu)化等打印參數(shù)，以最大限度地淘汰打印工夫并堅(jiān)持布局完整性。然后挑選羅丹明B為代表性藥物，經(jīng)過微流控將藥物溶液載入微機(jī)器人內(nèi)部腔體，因?yàn)樵撗b載歷程實(shí)現(xiàn)了藥物溶液的直接準(zhǔn)確裝載，大大增加了裝載效力并淘汰了實(shí)現(xiàn)充實(shí)裝載的所需的最低量。隨后提出了一種浸漬密封的方式，行將微機(jī)器人的頂部浸漬熔融的聚合物層以構(gòu)成密封層，經(jīng)過對(duì)接觸力、溫度等參數(shù)的邃密操縱和微機(jī)器人的布局優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了微機(jī)器人的牢靠密封。
圖2.微流控裝載和浸封手藝考證
2）根據(jù)轉(zhuǎn)變密封層的質(zhì)料，可實(shí)現(xiàn)溫控和近紅外光控兩種可控的藥物開釋形式，個(gè)中溫控可實(shí)現(xiàn)初始爆發(fā)性開釋及后續(xù)的緩釋，而近紅外光控可實(shí)現(xiàn)選擇性開釋。另外，根據(jù)節(jié)制裝載藥物的初始濃度及微機(jī)器人的數(shù)目來節(jié)制終極的藥物開釋量。
圖3.藥物的溫控及光控開釋
3）該體系廣譜適用于多種藥物及刺激呼應(yīng)密封材料，為微機(jī)器人體系正在靶向藥物遞送、環(huán)境傳感和微納馬達(dá)利用層面供應(yīng)了新的時(shí)機(jī)。比方，能夠根據(jù)正在微機(jī)器人外表用物理氣相堆積涂敷鎳/鈦復(fù)合薄膜制備磁控微機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)靶向磁控轉(zhuǎn)動(dòng)和按需開釋，并正在體外多分支血管摹擬通路和體外豬組織中得到了觀點(diǎn)考證。別的，可根據(jù)裝載溴百里酚藍(lán)將微機(jī)器人作為高精度pH環(huán)境傳感器，或根據(jù)裝載催化劑藥物溶液使微機(jī)器人正在過氧化氫溶液中作為化學(xué)動(dòng)力微納馬達(dá)。
圖4.微機(jī)器人體系的利用展現(xiàn)