新研發「神奇」噴霧令物件變身微型機械人 有助精準傳輸藥物

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Dr Shen (middle) and team members Yang Xiong (right) and Tan Rong (left).
申博士(中)與團隊的部分成員:楊雄(右)和譚蓉(左)。

 

香港城市大學(城大)科學家領導的團隊研發出一種「神奇」噴霧,在物件表面噴塗後便可輕易將其變為微型機械人,能在活體內精準傳輸藥物。

這項嶄新發明運用「M-spray」,一種特別合成、像膠水般的磁性噴霧。當物件表面噴塗M-spray後,透過磁場的驅動,可於不同的表面移動。這項技術於生物醫學上極具應用潛力,例如在導管插入和傳輸藥物方面。

研究團隊由城大生物醫學工程學系副教授申亞京博士領導,獲得國家科學基金會與香港研究資助局的資助。研究成果剛於最新一期科學期刊《科學•機械人學》上發表,題為「凝集磁性噴霧將無生命物體轉化為用於生物醫學的微型機械人」。

M-spray的成份是聚乙烯醇、小麥蛋白粘粉和鐵顆粒。這種噴霧可以瞬間穩定地緊貼於一維、二維和三維物件上,所形成的一層厚度只有0.1至0.25毫米的薄膜,並不會影響物件原來的大小、形態及結構。這種磁性噴霧具生物兼容性,所形成的外層更可於有需要時崩解成粉末。

申博士解釋說:「M-spray可以黏在物件表面,然後透過磁場的驅動,『激活』該物件。」

A magnetic force can move an object around different surfaces after it has been sprayed with the M-spray.
當物件表面噴塗M-spray後,透過磁場的驅動,可於不同的表面移動。

 

已噴有M-spray的物件受磁場驅動,能在玻璃、皮膚、木頭或沙礫等表面上,以爬行、翻轉、行走或滾動等不同方式移動。

團隊研發的這種方法,特別之處在於機械人可以按照需要而重新編程,以改變其移動模式。

論文共同第一作者之一、生物醫學工程學系博士生楊雄解釋,只要令固化後的磁性噴霧層完全濕透,再施加強力磁場,就可以改變M-spray塗層內磁性粒子的分佈和排列方向。

這個重新編程驅動模式的特性,對目標導航大有幫助。團隊證明了不論是管道中有大幅度的急轉彎抑或圓滑的轉彎位,噴有M-spray塗層的導管均可順利通過;而且噴有M-spray塗層的導管的活動能力和穩定性,不會因為管道內的血液或液體的流動而受太大影響。

申博士說:「這個可視乎需要而重新編程的特性,令噴上M-spray塗層的導航導管在複雜的部位如食道、血管和尿道的操作應用上,具有很大潛力。」

這項研發的另一重要特色,是可以通過控制磁場,按需要將M-spray塗層分解成粉末。申博士解釋:「M-spray使用的所有材料,即聚乙烯醇、小麥蛋白粘粉和鐵顆粒,都是生物兼容的,塗層崩解後可以被人體吸收或排出體外。」

M-spray can adhere to the surfaces of one, two or three-dimensional objects instantly.
M-spray可以瞬間穩定地緊貼於一維、二維和三維物件上。

 

研究團隊於兔子身上進行活體實驗,測試其藥物傳輸能力。結果顯示M-spray塗層微型機械人能準確到達兔子胃部位置,研究員並施加振動磁場,令塗層崩解。

申博士解釋:「M-spray這種可控崩解的特性,令藥物可以到達目標位置才被釋放,而非在器官中四處散落。」

「我們希望這種構建方法,可以開拓微型機械人在不同範疇的發展和應用,例如傳輸、可移動的傳感器和裝置等等,特別是應用於在有限空間內進行的任務。」

申博士和中國科學院深圳先進技術研究院(SIAT)吳新宇博士是論文的通訊作者。其他共同第一作者包括SIAT的尚萬峰博士,其他共同作者包括申博士團隊的博士生及博士畢業生:陸豪健博士劉雁婷博士楊柳譚蓉

錄像顯示微型機械人的製作、不同移動模式、應用(包括導管導航和藥物傳輸)。

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