2025年5月，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、深圳大學(xué)和香港中文大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)宣布一項(xiàng)重大突破：他們成功開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)能夠自由穿行大腦的微型機(jī)器人。這款直徑僅1毫米的仿生血凝膠纖維機(jī)器人，無(wú)需開(kāi)顱手術(shù)，就能直接鉆進(jìn)腦組織，實(shí)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(kāi)辟了全新路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然—生物醫(yī)學(xué)工程》。?

近年來(lái)，微型機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，科學(xué)家們通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)源，如磁場(chǎng)、光場(chǎng)或聲場(chǎng)等，讓微型機(jī)器人實(shí)現(xiàn)體內(nèi)遠(yuǎn)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(jí)間隙的狹窄蛛網(wǎng)膜下腔，對(duì)微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(kāi)發(fā)一種無(wú)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(tuán)隊(duì)從自然界中的線蟲(chóng)獲得靈感。他們創(chuàng)新性地利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自身血液與少量磁性粒子混合，通過(guò)原位凝膠化技術(shù)，制備出直徑為1毫米的血凝膠纖維機(jī)器人（BBHF）。?

這種機(jī)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(shí)，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(chóng)” 一樣，在比自身直徑還小的狹窄空間中自由穿行，又不會(huì)因過(guò)硬而劃傷周?chē)M織，為體內(nèi)極端狹窄迂曲生理環(huán)境下的無(wú)創(chuàng)輸送提供了可行途徑。

通過(guò)模仿線蟲(chóng)的細(xì)長(zhǎng)形態(tài)和自適應(yīng)的波浪運(yùn)動(dòng)機(jī)制，研究人員借助外界可編程驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)BBHF的精確控制，使其能夠展現(xiàn)出擺動(dòng)、爬行和滾動(dòng)等多種仿生運(yùn)動(dòng)模式。?

在3D打印的人體腦溝回模型實(shí)驗(yàn)中，BBHF沿著預(yù)設(shè)路徑成功穿越多級(jí)溝壑；在離體豬腦皮層實(shí)驗(yàn)中，BBHF通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)方向和模式，成功抵達(dá)預(yù)定目標(biāo)，且全程未對(duì)柔軟組織造成任何機(jī)械損傷。這種精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人抵達(dá)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(tuán)隊(duì)提出了高頻交變磁場(chǎng)誘導(dǎo)血凝膠纖維機(jī)器人斷裂碎化的藥物釋放機(jī)制。?

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

這一過(guò)程就如同給血液凝膠機(jī)器人裝上了 “衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”，研究人員可通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)參數(shù)，動(dòng)態(tài)控制藥物釋放速率，實(shí)現(xiàn)靶向給藥。這種基于物理場(chǎng)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(shí)空精度的操控手段，未來(lái)有望應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤的邊界浸潤(rùn)治療、多病灶接力式給藥等復(fù)雜醫(yī)療場(chǎng)景，在提升療效的同時(shí)顯著降低全身毒副作用。?