區(qū)別于傳統(tǒng)藥物遞送方式，微型機(jī)器人可以提供時(shí)空可控的藥物遞送，從而提高疾病的治療效率。近年來(lái)，隨著微加工工藝的進(jìn)步，可用于微型機(jī)器人的材料種類(lèi)不斷擴(kuò)大，從而大大拓寬了其功能范圍。然而，目前用于微型機(jī)器人的表面涂層或直接混合技術(shù)導(dǎo)致其裝載效率低下，且對(duì)遞送過(guò)程中的藥物缺乏有效保護(hù)，從而導(dǎo)致所遞送的藥物出現(xiàn)浪費(fèi)、異常降解和非特異性釋放等情況。

近日，來(lái)自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Molly M. Stevens教授團(tuán)隊(duì)基于微流控和浸漬密封（MLDS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了可填充微型機(jī)器人系統(tǒng)的制造。集成的微流控裝載系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高精確度裝載，在提高物質(zhì)裝載能力的同時(shí)保持微型機(jī)器人的幾何和結(jié)構(gòu)完整性。此外，浸漬密封技術(shù)適用于包括熱反應(yīng)和光反應(yīng)材料在內(nèi)的不同材料。相關(guān)研究成果以“Assembly of fillable microrobotic systems by microfluidic loading with dip sealing”為題發(fā)表于Adv. Mater.期刊。

具體來(lái)看，該微型機(jī)器人由兩個(gè)分別用于裝載和密封的子系統(tǒng)組成，其制造過(guò)程分為5個(gè)步驟：1）將液體樹(shù)脂滴在干凈的玻璃基底上，并覆蓋打印區(qū)域；2）優(yōu)化打印參數(shù)，并在打印完成后，將基底依次浸泡在丙二醇單甲醚醋酸酯（PGMEA）和異丙醇（IPA）中，并去除多余的未固化樹(shù)脂；3）利用微流控技術(shù)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)裝載；4）使用浸漬密封工藝將完成填充的微型機(jī)器人封裝起來(lái)；5）通過(guò)機(jī)械擾動(dòng)將完成裝載和密封的微型機(jī)器人陣列從玻璃基板上分離出來(lái)。

圖1 通過(guò)MLDS技術(shù)設(shè)計(jì)和制造可填充的微型機(jī)器人平臺(tái)

可控釋放是一種有前景的藥物遞送的方式，可使目標(biāo)區(qū)域的量最大化，從而避免系統(tǒng)的脫靶效應(yīng)。該研究選擇具有良好生物相容性的聚己內(nèi)酯（PCL）作為密封層，其低熔點(diǎn)特性不僅可以方便浸漬密封，還可利用熱觸發(fā)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)按需藥物釋放。

圖2基于MLDS技術(shù)的微型機(jī)器人介導(dǎo)藥物可控釋放

除了由密封層介導(dǎo)藥物的按需釋放外，還可以通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)微型機(jī)器人進(jìn)行高分辨率和非侵入性的操縱，以實(shí)現(xiàn)靶向藥物遞送。在該項(xiàng)研究中，研究人員在微型機(jī)器人表面依次涂上鎳（以促進(jìn)磁響應(yīng)行為）和鈦（以改善生物相容性），以促進(jìn)其在外部磁場(chǎng)下的精確驅(qū)動(dòng)。此外，微型機(jī)器人的球形形狀有利于滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而利于其在類(lèi)似管道的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)。在外部施加的磁場(chǎng)影響下，微型機(jī)器人可以在流體溶液中沿著預(yù)定路徑移動(dòng)，到達(dá)目標(biāo)部位后，通過(guò)近紅外照射觸發(fā)藥物釋放，以實(shí)現(xiàn)按需遞送。此外，單個(gè)微機(jī)器人往往不能為治療提供足夠的藥物，而可協(xié)同工作的人工"蜂群"機(jī)器人，可以保持較高的負(fù)載能力。

圖3可填充微型機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用示例

總之，該研究利用MLDS技術(shù)，成功制造了可填充微型機(jī)器人系統(tǒng)，用于藥物的可控遞送。與現(xiàn)有的方法相比，該系統(tǒng)有四個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)：1）物質(zhì)裝載量大，浪費(fèi)少，非常裝載適合昂貴的物質(zhì)；2）其中空腔結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)可以提供充分的保護(hù)，防止外部環(huán)境因素的影響；3）避免裝載過(guò)程中的化學(xué)耦合和加工條件，避免使敏感物質(zhì)降解；4）通過(guò)在浸漬密封過(guò)程中加入智能材料層可以實(shí)現(xiàn)刺激反應(yīng)功能。

論文鏈接： https://doi.org/10.1002/adma.202207791

審核編輯 ：李倩