港中文(wen)張(zhang)立(li)團(tuan)隊《Sci. Adv》：微納3D打印制備(bei)模塊(kuai)化(hua)磁控(kong)微機(ji)器人(ren)

腔(qiang)內(nei)支架(jia)植(zhi)入是治(zhi)療膽道狹窄(zhai)等梗阻(zu)性(xing)病變(bian)的(de)常(chang)用(yong)介入手段，然而，傳(chuan)統(tong)輸(shu)送(song)系統(tong)因(yin)器械(xie)剛(gang)度高(gao)、操作自由(you)度低(di)，難以(yi)在遠(yuan)端(duan)曲折(zhe)的管道中安全穿(chuan)行(xing)，易(yi)在肝內(nei)膽管等遠(yuan)端(duan)狹窄(zhai)部位引發穿(chuan)孔(kong)、支(zhi)架(jia)誤置等(deng)風(feng)險(xian)。近(jin)年(nian)來(lai)，磁控(kong)微機(ji)器人(ren)憑(ping)借其微創(chuang)、可(ke)遠(yuan)程(cheng)操控和(he)穿(chuan)透(tou)深部(bu)組(zu)織的(de)優勢(shi)，為腔(qiang)內(nei)精準介入(ru)提(ti)供了(le)全新思(si)路(lu)。然(ran)而(er)，受(shou)制於微型(xing)尺(chi)度下的“尺(chi)寸-力(li)量權衡(heng)"，如(ru)何(he)在保持靈活(huo)性(xing)的同(tong)時賦予(yu)其強大(da)的擴(kuo)張(zhang)能(neng)力(li)，是推動(dong)該(gai)技(ji)術(shu)走向臨(lin)床(chuang)必(bi)須(xu)解決(jue)的難題(ti)。

針對上(shang)述(shu)難題(ti)，香(xiang)港中文(wen)大學(xue)張(zhang)立(li)教(jiao)授(shou)團(tuan)隊在《Science Advances》上發表了題(ti)為“Modular magnetic microrobot system for robust endoluminal navigation and high–radial force stent delivery in complex ductal anatomy"的(de)研(yan)究論(lun)文(wen)，提出了壹(yi)種模塊(kuai)化(hua)磁控(kong)微機(ji)器人(ren)系統(tong)。文(wen)章(zhang)第壹(yi)作者是香港中文(wen)大學(xue)博士後蘇(su)琳，文(wen)章(zhang)通(tong)訊作者是香港中文(wen)大學(xue)張(zhang)立(li)教(jiao)授(shou)和(he)陳(chen)啟楓研(yan)究助理教授(shou)。

該(gai)系統(tong)創(chuang)新(xin)性(xing)地將磁驅(qu)動模塊(kuai)與(yu)超(chao)聲(sheng)響應型自膨脹支架(jia)模塊(kuai)相結(jie)合(he)，通(tong)過旋轉(zhuan)方向控(kong)制實現(xian)“集成(cheng)推進"與(yu)“定(ding)點(dian)分(fen)離(li)"兩(liang)種狀(zhuang)態的智能(neng)切(qie)換(huan)，並(bing)利用(yong)聚(ju)焦超(chao)聲(sheng)觸(chu)發(fa)支(zhi)架(jia)在病竈處(chu)的(de)快速膨脹，實現(xian)了在復雜(za)管(guan)道(dao)內(nei)的穩定(ding)穿(chuan)行(xing)與(yu)支架(jia)的(de)按(an)需精準部署(shu)（圖(tu)1）。

為此(ci)，作者團(tuan)隊分(fen)別(bie)合(he)成了兩(liang)種水凝(ning)膠(jiao)打印樹脂，並(bing)采用(yong)摩方精密(mi)面(mian)投(tou)影微立(li)體光(guang)刻(ke)（PµSL）技(ji)術(shu)（nanoArch® S130，精度：2μm）制備(bei)了(le)兩(liang)種模塊(kuai)。磁驅(qu)動模塊(kuai)的打印樹脂由(you)聚(ju)乙二(er)醇二(er)丙烯(xi)酸酯(zhi)（PEGDA）、交聯(lian)劑(ji)DPHA、增(zeng)稠劑(ji)PVP及(ji)NdFeB@SiO₂磁性(xing)顆(ke)粒組(zu)成，賦(fu)予模塊(kuai)高磁響(xiang)應性(xing)與(yu)結構(gou)精度（圖(tu)2）。支架(jia)模塊(kuai)則(ze)采(cai)用(yong)含鉭(tan)微粒(li)的(de)韌(ren)性(xing)水凝(ning)膠(jiao)材料(liao)打印而成(cheng)，不(bu)僅(jin)具(ju)備良好的(de)生物(wu)相(xiang)容性(xing)，還可(ke)作為超(chao)聲(sheng)成像對比(bi)劑(ji)，其徑向(xiang)剛(gang)度達0.516 N/cm，滿(man)足(zu)臨(lin)床(chuang)膽(dan)道與(yu)血(xue)管(guan)的(de)支(zhi)撐(cheng)需(xu)求(qiu)（圖(tu)3）。

該(gai)系統(tong)的(de)核心創(chuang)新(xin)在於其“旋轉(zhuan)控制組(zu)裝(zhuang)策(ce)略"（圖(tu)4）。磁驅(qu)動模塊(kuai)內(nei)部設(she)計(ji)了基(ji)於阿基(ji)米德(de)螺旋(xuan)線的鎖(suo)鉤結構(gou)，當(dang)模塊(kuai)順(shun)時針旋轉時，支架(jia)模塊(kuai)被牢(lao)牢(lao)約(yue)束在腔(qiang)內(nei)，實現(xian)穩定(ding)輸送(song)；壹旦(dan)抵(di)達目(mu)標位(wei)置，逆(ni)時針旋轉即(ji)可(ke)在離心力(li)作用(yong)下於3秒(miao)內(nei)完(wan)成(cheng)精準釋放(fang)。這(zhe)壹機(ji)制有(you)效解決(jue)了傳(chuan)統(tong)磁控(kong)機(ji)器人(ren)在導航過程(cheng)中(zhong)易(yi)丟(diu)失負載(zai)、難以(yi)在狹窄空(kong)間內(nei)可控釋放的(de)難題(ti)。

研究(jiu)團隊在多層(ceng)分(fen)支(zhi)膽(dan)道模型(xing)及(ji)離(li)體豬(zhu)膽(dan)管(guan)中(zhong)成(cheng)功驗證(zheng)了該(gai)系統(tong)的(de)全流程(cheng)操作（圖(tu)5）：微機(ji)器人(ren)可在超(chao)聲(sheng)引導下沿(yan)3.5 cm路(lu)徑精準導航(hang)，在目(mu)標位(wei)置3秒(miao)內(nei)完(wan)成(cheng)支架(jia)釋(shi)放，並(bing)於30秒(miao)內(nei)通過超(chao)聲(sheng)熱(re)觸(chu)發(fa)實現(xian)膨脹，將管腔(qiang)直徑擴(kuo)大(da)約(yue)2.5倍(bei)。該(gai)系統(tong)兼(jian)具(ju)微創(chuang)性(xing)、高精度與(yu)臨(lin)床(chuang)兼(jian)容性(xing)，為未(wei)來(lai)深部(bu)腔(qiang)內(nei)介入治(zhi)療提供了(le)全新的(de)技(ji)術(shu)平(ping)臺。綜上(shang)，這(zhe)項工(gong)作有力(li)地促(cu)進了生(sheng)物(wu)醫用(yong)多功能(neng)微型(xing)機(ji)器人(ren)的發(fa)展，為其今後走向實際應用(yong)提供重(zhong)要參(can)考(kao)。