近几年具有出色变形能力和可控性的磁流体机器人受到广泛关注。然而,这些研究大多是在体外进行的,将磁流体用于体内医疗应用仍然是一个巨大的挑战。同时,将磁流体机器人应用于人体也需要解决许多关键问题。本研究创建了基于磁流体的毫米机器人,用于体内肿瘤靶向治疗,其中考虑了生物相容性、可控性和肿瘤杀伤效果。针对生物相容性问题,磁流体机器人使用玉米油作为基载液。
此外,该研究使用的控制系统能够在复杂的生物介质中实现对机器人的三维磁驱动。利用1064纳米的光热转换特性,磁流体机器人可以在体外杀死肿瘤细胞,在体内抑制肿瘤体积、破坏肿瘤间质、增加肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖。这项研究为基于磁流体的毫米机器人在体内实现靶向治疗提供了参考。
近日,北京航空航天大学机械学院冯林课题组提出了一种通过具有生物相容性的磁流体机器人实现肿瘤的光热治疗方法。该方法将磁流体的基载液改为具有生物相容性的植物油,通过三维电磁控制系统实现磁流体机器人的靶向控制,对该种磁流体机器人在体外与体内的生物相容性和光热肿瘤杀伤效果进行了细致的研究。本研究中的所有3D模型均使用摩方精密nanoArch®S140设备打印。相关研究内容以“Biocompatible
ferrofluid-based millirobot for tumor photothermal therapy in
Near-Infrared II window”为题发表在《Advanced Healthcare
Materials》期刊上,冯林教授为通讯作者,硕士生纪易明为第一作者。
该研究制备了一种生物相容性磁流体(BFR),并对其进行了详细表征,如图2所示。该生物相容性磁流体由超顺磁性纳米颗粒(磁响应组分)和生物相容性植物油(基载液)构成。双层的油酸包裹磁颗粒使磁流体获得较好的稳定性。磁滞回线展现出该磁流体良好的磁响应能力。红外吸收光谱和光热升温曲线体现了该磁流体较好的光热转换效率和光热稳定性。
同时该研究对BFR在针对模拟体内靶向治疗环境的运动控制进行了详细研讨。通过四线圈三维电磁系统,磁流体机器人可以实现高精度三维运动控制。由于其具有极强的变形、分裂和融合能力,BFR可以在更为复杂的血管环境(如模拟肝门静脉模型)中运动,以及逆血流的运动。此外,因所选磁流体基载液材为有机液体,该种磁流体并不会与血管和心脏内壁发生粘连,可以实现在血管中和心脏表面的运动控制。磁颗粒与体内环境的密度差异也使得超声成像对BFR在体内的位置进行实时显示。
此外,该种磁流体对体内肿瘤的治疗效果得到了验证。通过小鼠实验可以观察到治疗组小鼠的肿瘤体积有明显的减小。在染色结果中治疗组也展现出了对肿瘤组织的杀伤和抑制生长效果。
原文链接:
https://doi.org/10.1002/adhm.202302395
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