區(qū)別于傳統(tǒng)藥物遞送方式，微型機器人可以提供時空可控的藥物遞送，從而提高疾病的治療效率。近年來，隨著微加工工藝的進步，可用于微型機器人的材料種類不斷擴大，從而大大拓寬了其功能范圍。然而，目前用于微型機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，且對遞送過程中的藥物缺乏有效保護，從而導(dǎo)致所遞送的藥物出現(xiàn)浪費、異常降解和非特異性釋放等情況。

近日，來自倫敦帝國理工學(xué)院的Molly M. Stevens教授團隊基于微流控和浸漬密封（MLDS）技術(shù)實現(xiàn)了可填充微型機器人系統(tǒng)的制造。集成的微流控裝載系統(tǒng)可實現(xiàn)高精確度裝載，在提高物質(zhì)裝載能力的同時保持微型機器人的幾何和結(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。

具體來看，該微型機器人由兩個分別用于裝載和密封的子系統(tǒng)組成，其制造過程分為5個步驟：1）將液體樹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脂；3）利用微流控技術(shù)實現(xiàn)物質(zhì)裝載；4）使用浸漬密封工藝將完成填充的微型機器人封裝起來；5）通過機械擾動將完成裝載和密封的微型機器人陣列從玻璃基板上分離出來。

圖1 通過MLDS技術(shù)設(shè)計和制造可填充的微型機器人平臺

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，其低熔點特性不僅可以方便浸漬密封，還可利用熱觸發(fā)機制來實現(xiàn)按需藥物釋放。

圖2基于MLDS技術(shù)的微型機器人介導(dǎo)藥物可控釋放

除了由密封層介導(dǎo)藥物的按需釋放外，還可以通過磁場對微型機器人進行高分辨率和非侵入性的操縱，以實現(xiàn)靶向藥物遞送。在該項研究中，研究人員在微型機器人表面依次涂上鎳（以促進磁響應(yīng)行為）和鈦（以改善生物相容性），以促進其在外部磁場下的精確驅(qū)動。此外，微型機器人的球形形狀有利于滾動運動，從而利于其在類似管道的環(huán)境中運動。在外部施加的磁場影響下，微型機器人可以在流體溶液中沿著預(yù)定路徑移動，到達目標(biāo)部位后，通過近紅外照射觸發(fā)藥物釋放，以實現(xiàn)按需遞送。此外，單個微機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"機器人，可以保持較高的負載能力。

圖3可填充微型機器人系統(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)有四個關(guān)鍵的優(yōu)勢：1）物質(zhì)裝載量大，浪費少，非常裝載適合昂貴的物質(zhì)；2）其中空腔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)可以提供充分的保護，防止外部環(huán)境因素的影響；3）避免裝載過程中的化學(xué)耦合和加工條件，避免使敏感物質(zhì)降解；4）通過在浸漬密封過程中加入智能材料層可以實現(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