磁性微型机器人显示出治疗动脉瘤和脑肿瘤的前景

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中国的一个研究小组开发了新型磁线圈“微纤维机器人”，并用它们来栓塞兔子的动脉出血，为一系列可控且微创的动脉瘤和脑肿瘤治疗铺平了道路。

当试图止住动脉瘤出血或阻止血液流向脑肿瘤时（这一过程称为栓塞），外科医生通常会在股动脉中插入一根细导管，并引导其穿过血管以输送栓塞剂。尽管广泛使用，但这些导管难以引导通过复杂的血管网络。

为了应对这一挑战，华中科技大学的研究团队（华中科技大学）创造了微型磁性软微纤维机器人，可以远程执行此类程序。这些装置由扭曲成螺旋形状的磁化纤维制成，可以适应各种不同尺寸的容器，并在暴露于外部磁场时以开瓶器的方式移动。研究结果发表于 科学机器人，展示了如何使用该装置成功地阻止兔子的动脉出血。

作为共同作者张剑峰解释说，微纤维机器人是通过利用热能将磁性软复合材料拉成微纤维而制成的，然后将其“磁化并成型以赋予其螺旋磁极性”。通过控制磁场，磁性软微纤维机器人展示了可逆的形态转变（伸长或聚集）和通过血流（上游和下游）的螺旋推进。这使得它能够穿过复杂的血管系统，并在亚毫米区域执行机器人栓塞。

“这篇文章展示了我们的表现 细胞/组织 神经血管模型中动脉瘤和肿瘤的栓塞，并在实时透视下进行机器人导航和栓塞体内兔股动脉模型，”臧说。 “这些实验证明了这项工作的潜在临床价值，并为未来的机器人辅助栓塞手术选择铺平了道路。”

第一作者、华中科技大学博士生刘旭睿介绍，每个微纤维机器人都具有类似于血管支架的锚定功能，能够通过接触摩擦力稳定地锚定在血管内壁，避免被海水冲走。血液流动。

“其螺旋磁化分布为微纤维机器人提供了沿其中心轴的净磁化方向。通过施加与净磁化方向一致的外部磁场，机器人可以被拉长，”她说。

“相反，当外部磁场与净磁化方向相反时，机器人就会聚集，”她补充道。 “这种微纤维机器人的柔软性和高鲁棒性确保了其形态重建功能在一千多次聚集和伸长循环后仍然完全可逆。”

与早期研究中报道的磁软机器人相比，Zang 证实，新型机器人的螺旋磁化方向特性使其变形和运动模式能够独立于控制磁场正交解耦，提供“独特的磁场控制灵活性”。

“这一功能不仅可以让单个微纤维机器人在旋转磁场的作用下逆着血流高速移动，而且还可以独立控制多个微纤维机器人的形状和运动，”臧解释道。

“此外，这些设备与常用的介入导管兼容，以最大限度地发挥其在临床环境中的使用潜力，”他补充道。

面临导管栓塞等传统方法的挑战，特别是其操作局限性和精度不够，以及医生长期暴露在辐射下的健康风险（来自X射线引导）系统）——Zang 指出，磁性微纤维机器人技术的发展为临床医生提供了改进现有治疗的新手段。

“微纤维机器人的发展为血管栓塞治疗提供了新的视角，并显示出在微创外科治疗技术中的应用潜力。该技术通过精确控制血流闭塞，为传统导管栓塞技术提供了有效的补充或替代。”他说。

Zang 指出，虽然这项技术显示出潜力，但在临床应用之前仍存在需要克服的挑战。其中包括微纤维机器人的结构优化、提高材料的生物相容性以及血管定位和跟踪系统的开发。 “研究团队正在努力解决这些关键问题，以推进该技术的应用，”他补充道。

时间戳记： 2022 年 11 月 16 日

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