血栓癥是一種常見的血管內(nèi)疾病行業內卷，具有多種臨床表現(xiàn)和并發(fā)癥拓展基地，例如心梗、中風及肺栓塞等提升，嚴重危害病人的生命健康及生活質(zhì)量大大提高。傳統(tǒng)治療方案常先通過注射溶栓藥物或?qū)Ч芙槿爰夹g(shù)去除血栓，接著使用抗凝藥物預防二次堵塞研究成果。然而溶栓藥物缺乏靶向性取得了一定進展，無法主動在血栓部位富集，且高濃度的藥物易引發(fā)內(nèi)出血和血壓波動首次，因此難以高效安全地完成去除血栓的任務可能性更大。導管介入技術(shù)則對操作者的經(jīng)驗和判斷能力要求較高，操作不當容易損傷血管搖籃，甚至造成二次堵塞技術。近年來，小尺度機器人系統(tǒng)在狹窄閉塞的生物環(huán)境中展現(xiàn)出令人矚目的應用前景推動，已有研究人員開發(fā)出可破壞血栓結(jié)構(gòu)的微型機器人相對較高。然而，如何在動態(tài)血流環(huán)境中實現(xiàn)小尺度機器人的可控靶向遞送和實時狀態(tài)監(jiān)測仍是一個巨大挑戰(zhàn)信息，這大大限制了它們在血栓治療中的進一步應用相關。

近日，香港中文大學張立教授課題組王乾乾博士豐富內涵、杜星洲博士生產效率、金東東博士提出一種基于小尺度機器人的血栓定位及加速溶栓方案。螺旋形微機器人采用3D打印工藝制造多種，采用動態(tài)磁場進行自動化遞送將進一步，同時采用超聲成像進行實時的機器人定位及環(huán)境監(jiān)測。機器人能夠?qū)崟r定位血栓位置，并加速血栓的溶解成就。這項研究有望為血栓癥的監(jiān)測和治療提供新的思路重要方式，同時也為小尺度機器人在生物醫(yī)學領域的應用開辟道路。相關研究結(jié)果以“Real-Time Ultrasound Doppler Tracking and Autonomous Navigation of a Miniature Helical Robot for Accelerating Thrombolysis in Dynamic Blood Flow”為題發(fā)表于期刊《ACS Nano》系統。

該工作使用面投影微立體光刻技術(shù)（nanoArch S130, 摩方精密）打印了螺旋形微機器人非常重要，并預留磁性物質(zhì)的嵌入空間。微機器人整體結(jié)構(gòu)采用摩方精密提供的polyethylene glycol diacrylate（PEGDA）材料空間廣闊，機器人尺寸為直徑2.15 mm營造一處、長度7.30 mm。實驗結(jié)果顯示支撐能力，螺旋形機器人在血液環(huán)境及血流環(huán)境中表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性資源優勢，在溶除血栓任務結(jié)束后能保持完成的整體結(jié)構(gòu)并被回收。該打印設計方案可根據(jù)需求進行尺寸縮放特征更加明顯，以期應用于不同的狹窄生物環(huán)境中估算。

在機器人系統(tǒng)搭建完成后，研究人員在測試平臺中驗證了醫(yī)學圖像引導機器人遞送的可能性、溶栓方案的可行性不要畏懼。通過實時監(jiān)測機器人的運動狀態(tài)以及機器人誘導產(chǎn)生的多普勒超聲信號，研究人員在類血管復雜動態(tài)環(huán)境中成功實現(xiàn)血栓堵塞部位的定位問題。機器人在磁場驅(qū)動下能夠產(chǎn)生強對流加速溶栓因子的物質(zhì)交換逐漸顯現，同時對血液-血栓界面施加剪切力促進溶栓產(chǎn)物的去除。實驗結(jié)果表明系統穩定性，相對于單純使用溶栓藥劑拓展基地，該方案可大幅提高血管的疏通效率（約4倍），*溶栓率提高至350%實力增強，且不產(chǎn)生明顯的血栓碎片體系流動性，降低了二次堵塞的風險。配合不同尺寸的小尺度機器人帶來全新智能，該方案可根據(jù)需要應用于不同直徑的血管中實現了超越，有望為外場驅(qū)動的小尺度機器人在生物醫(yī)學領域的應用提供新的思路。

圖 1.螺旋形機器人在動態(tài)去完善、類血管環(huán)境中的自動化導航整體方案創新能力。

圖 2.螺旋形機器人在血流環(huán)境中的受力分析及磁控。

圖 3.  機器人誘導的多普勒信號的仿真分析及實驗驗證範圍。

圖 4. 機器人在類血管系統(tǒng)中的自動化導航（逆流而上及順流而下）及實時定位求得平衡。

圖 5. 多普勒信號引導的血栓定位及加速溶栓應用。