描绘微电机的未来

这是卡通和电影中的场景：一组科学家缩小体积，驾驶血管大小的飞船穿过组织和肌腱到达受伤或患病的部位。他们直接修复或攻击该部位——无论需要什么——而不会干扰周围的组织。工作完成后，病人打了一个大大的喷嚏，然后离开了团队，问题就解决了。

科幻小说比我们意识到的更接近现实。当然，这并不是将人小型化，而是跨学科的研究人员设计了能够执行各种生物医学任务的微型机器，以帮助在实验室中精确评估和治疗各种疾病。现在的问题是如何将实验室工作台上的工作转化为医院病床。一个位于中国的研究团队回顾了微电机在生物医学应用中的现状，并提出了推进这项工作的下一步计划。

他们于10月10日在CyborgandBionicSystems上发表了他们的建议。

共同通讯作者李金华说：“医用微电机领域发展迅速，在执行靶向药物输送、精准细胞显微外科手术、微/纳米操作以及无创/微创诊断和治疗等多种医疗任务方面前景广阔。”北京理工大学医学技术学院教授。

“在这篇评论文章中，我们着手更好地了解基于水凝胶的微型和纳米马达的设计、制造和未来方向，这些马达具有针对各种生物医学应用的主动刺激响应能力。”

Li表示，医用微电机的功能主要取决于设计时使用的材料。

“水凝胶非常适合制造医用微电机，因为它们具有许多优点，例如多孔网络结构和对多种刺激的响应能力，”李说。水凝胶是不溶性的，但可以吸收水分，同时仍能保持结构支撑。“将刺激响应水凝胶材料整合到医用微电机的设计中可以赋予它们新的有利特性，例如变形、生物相容性和生物降解性，以及受控的药物加载和释放能力。”

在实验室环境中，用水凝胶制成的微电机可以将治疗剂(包括载药颗粒和细胞)保持或牵引到肿瘤或其他患病部位以进行释放。如果它们被设计为对特定刺激做出反应，例如pH值或外部信号，它们还可以执行特定的医疗任务，例如细胞采样和血块清除。

不过，李说，其中一个主要问题是用于实现这种微型物体操作的制造材料通常包含生物不相容或不可降解的成分，这些成分可能会导致不良的生理效应。

“微电机需要可编程的制造技术和具有更多自由度的可操作性，以及更复杂的形状变形能力，更复杂的微体系结构，以解锁更多的运动和物体操纵模式，”李说。

李和团队还呼吁在三个特定领域进行更多研究：微电机根据需要膨胀或收缩所需的时间，这是设备使用寿命的关键性能指标;哪些外来刺激信号可用于触发微电机动作而不会对接受治疗的患者造成伤害;以及更广泛的实验，以最好地了解如何在临床工具和成像系统的帮助下在生活环境中操纵和导航微电机。

“用于多种生物医学应用的基于水凝胶的刺激响应微电机的研究领域仍处于起步阶段，”李说。

“随着越来越多的体内研究，这些微电机在各种医疗应用场景中具有巨大的转化潜力。研究人员、药剂师、工程师、医生和其他领域的专家应该共同努力，推进制造、可编程形状变形、刺激响应设计和基于水凝胶的微电机的体内实验最终实现其临床转化和应用。”

更多信息：HuaijuanZhou等人