基于磁场驱动的无线微型软体机器人应用.docx

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1、基于磁场驱动的无线微型软体机器人应用感知生物组织的生理特性,对于了解组织的发育进程和辅助疾病诊疗具有重要意义。准确地感知人体深处软组织的生理特性,也有助于监测和了解疾病的发展过程,并为治疗提供反馈。比如某些癌变的组织的硬度,相比于健康组织会出现增加;一些肠道疾病的发展,会伴随着组织PH的变化。基于此,研究人员提出一种新型微创方法,可以使用无线微型软体机器人对生物组织进行生理特性检测,让微型软体机器人的医疗功能得以拓展。此前的传统医学成像方法主要用于检测组织的弹性,无法检测粘附力等高级生理特性。相比之下,植入式电子传感器可以连续监测组织的高级生理特性,例如粘附力、PH值、粘弹性、以及用于疾病诊断

2、的生物标志物等。但是,这通常是侵入性的,需要通过手术植入,并且经常会引起炎症。Static-shapsensing图1通过无线微型软体机器人检测软组织生理特性的系统(来源:ScienceAdvances)而本次工作通过结合无线软体机器人和医学成像,来感知组织的一些高级生理特性比如器官深处的粘附力、PH值和粘弹性。由磁场远程驱动的毫米级软体机器人能够以受控方式,附着和脱离软组织表面,并与软组织进行机械交互。同时,还能通过医学成像进行监控和跟踪机器人的形状,例如超声波和X射线医学成像。当将磁场信息与机器人的形状信息结合并输入力学模型之中,组织的生理特性就能被精准检测出来。与之前报道的用于感知组织特

3、性的植入式电子传感器、磁性微型设备和胶囊内窥镜相比,该方法利用机器人的多模式运动能力来穿越组织屏障,故能以最小的侵入性进入封闭的狭小的空间。同时,这种方法可以感知组织的高级生理特性,例如粘附力、PH值和粘弹性。而这些特性很难使用传统的医学成像工具、电子传感器和其他现有医疗设备来感知。Robotnavigationfor1oca1sensingtasksMu1ti-moda11ocomotion图2软体机器人的多模态运动(来源:ScienceAdvances)在应用上,此次成果主要可被用于精准微创医疗,针对定点生物组织开展疾病监测。比如在X射线成像设备下,机器人可以被部署到小鼠模型的患病区域,再

4、由外部磁场驱动以便实现检测组织PH与粘弹性。图3软体机器人对小鼠模型的患病区域的组织特性进行检测(来源:ScienceAdvances)日前,相关论文以Insitusensingphysio1ogica1propertiesofbio1ogica1tissuesusingwire1essminiaturesoftrobots”为题发在ScienceAdvances期干IJ上。德国马普智能系统研究所和瑞士苏黎世联邦理工学院博士生王春翔、德国马普智能系统研究所博士后吴英丹、美国范德堡大学董晓光教授是共同一作,董晓光教授和德国马克斯普朗克智能系统研究所梅廷司提(MetinSitti)教授担任共同通讯。

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