2025年5月，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院、深圳大學(xué)和香港中文大學(xué)的科研團隊宣布一項重大突破：他們成功開發(fā)出全球首個能夠自由穿行大腦的微型機器人。這款直徑僅1毫米的仿生血凝膠纖維機器人，無需開顱手術(shù)，就能直接鉆進腦組織，實現(xiàn)腫瘤的精準(zhǔn)治療，為顱內(nèi)深部及功能區(qū)鄰近腫瘤的治療開辟了全新路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然—生物醫(yī)學(xué)工程》。?

近年來，微型機器人在醫(yī)療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，科學(xué)家們通過外部驅(qū)動源，如磁場、光場或聲場等，讓微型機器人實現(xiàn)體內(nèi)遠程靶向藥物遞送或局部治療。然而，大腦作為人體最為復(fù)雜的器官，布滿密集且不規(guī)則的腦溝回、脆弱的神經(jīng)組織，以及僅有毫米級間隙的狹窄蛛網(wǎng)膜下腔，對微型機器人的運動模式、柔性適配性和組織安全性提出了極高挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的治療手段，如手術(shù)切除、放療和化療，對于顱內(nèi)深部及功能區(qū)鄰近腫瘤往往難以兼顧療效與安全性，開發(fā)一種無創(chuàng)、精準(zhǔn)定位、高效治療的新方法迫在眉睫。?

為了攻克這一難題，研究團隊從自然界中的線蟲獲得靈感。他們創(chuàng)新性地利用實驗動物自身血液與少量磁性粒子混合，通過原位凝膠化技術(shù)，制備出直徑為1毫米的血凝膠纖維機器人（BBHF）。?

這種機器人保留了血液中天然纖維蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有出色的生物相容性，能有效避免免疫排斥反應(yīng)。同時，以超柔性水凝膠為基體的BBHF，彈性模量大約為100千帕，比腸道更柔軟，比軟骨更有韌性。這些特性使BBHF既能像 “軟體線蟲” 一樣，在比自身直徑還小的狹窄空間中自由穿行，又不會因過硬而劃傷周圍組織，為體內(nèi)極端狹窄迂曲生理環(huán)境下的無創(chuàng)輸送提供了可行途徑。

通過模仿線蟲的細長形態(tài)和自適應(yīng)的波浪運動機制，研究人員借助外界可編程驅(qū)動磁場，實現(xiàn)了對BBHF的精確控制，使其能夠展現(xiàn)出擺動、爬行和滾動等多種仿生運動模式。?

在3D打印的人體腦溝回模型實驗中，BBHF沿著預(yù)設(shè)路徑成功穿越多級溝壑；在離體豬腦皮層實驗中，BBHF通過動態(tài)調(diào)節(jié)運動方向和模式，成功抵達預(yù)定目標(biāo)，且全程未對柔軟組織造成任何機械損傷。這種精準(zhǔn)的運動控制能力，讓BBHF能夠在復(fù)雜的大腦 “迷宮” 中找到前往腫瘤的最佳路徑。?

治療顱內(nèi)腫瘤的關(guān)鍵，不僅在于讓機器人抵達腫瘤區(qū)域，更在于如何安全、有效地釋放抗腫瘤藥物。研究團隊提出了高頻交變磁場誘導(dǎo)血凝膠纖維機器人斷裂碎化的藥物釋放機制。?

在遞送過程中，封裝著阿霉素等化療藥物的BBHF，在強度小于20毫特斯拉、頻率小于6赫茲的低頻弱磁場驅(qū)動下，或在水溶液中能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無藥物泄漏。而當(dāng)它抵達腫瘤區(qū)域后，研究人員通過外部施加強度為50毫特斯拉、頻率24赫茲的高強度旋轉(zhuǎn)磁場，BBHF結(jié)構(gòu)便會從毫米級逐步崩解為微米級碎片，藥物隨之精準(zhǔn)釋放。

這一過程就如同給血液凝膠機器人裝上了 “衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”，研究人員可通過調(diào)節(jié)磁場參數(shù)，動態(tài)控制藥物釋放速率，實現(xiàn)靶向給藥。這種基于物理場響應(yīng)的智能釋藥策略，避免了傳統(tǒng)化學(xué)觸發(fā)劑的生物毒性，為腫瘤局部化療提供了高時空精度的操控手段，未來有望應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤的邊界浸潤治療、多病灶接力式給藥等復(fù)雜醫(yī)療場景，在提升療效的同時顯著降低全身毒副作用。?