近幾年具有出色變形能力和可控性的磁流體機(jī)器人受到廣泛關(guān)注。然而，這些研究大多是在體外進(jìn)行的，將磁流體用于體內(nèi)醫(yī)療應(yīng)用仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。同時，將磁流體機(jī)器人應(yīng)用于人體也需要解決許多關(guān)鍵問題。本研究創(chuàng)建了基于磁流體的毫米機(jī)器人，用于體內(nèi)腫瘤靶向治療，其中考慮了生物相容性、可控性和腫瘤殺傷效果。針對生物相容性問題，磁流體機(jī)器人使用玉米油作為基載液。

此外，該研究使用的控制系統(tǒng)能夠在復(fù)雜的生物介質(zhì)中實現(xiàn)對機(jī)器人的三維磁驅(qū)動。利用1064納米的光熱轉(zhuǎn)換特性，磁流體機(jī)器人可以在體外殺死腫瘤細(xì)胞，在體內(nèi)抑制腫瘤體積、破壞腫瘤間質(zhì)、增加腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞增殖。這項研究為基于磁流體的毫米機(jī)器人在體內(nèi)實現(xiàn)靶向治療提供了參考。

圖1.用于近紅外 II 窗口腫瘤光熱治療的生物兼容磁流體液滴機(jī)器人（BFR）概念圖。

圖2. BFR表征。(A)Fe₃O₄納米粒子的 XRD 圖。(B)Fe₃O₄納米顆粒的傅立葉變換紅外圖。(C)油酸包裹Fe₃O₄納米顆粒的傅立葉變換紅外圖。(D) BFRs 中納米粒子的透射電子顯微鏡（TEM）結(jié)果。(E) 所制備磁流體的磁滯線。(F) 磁流體的紫外-可見-近紅外吸收光譜。(G) 不同濃度的BFR在 1064 納米近紅外照射下的溫度曲線。(H) 5個加熱-冷卻循環(huán)過程中BFR的光熱穩(wěn)定性研究。

圖3. BFR在體外模擬血液循環(huán)環(huán)境中的運(yùn)動。(A) BFR 可被控制移動到全血環(huán)境中三維血管模型的任意分支。比例尺：5 毫米：(B) BFR 在肝門靜脈血管模型中的運(yùn)動控制，顯示了 BFR 由于可變形性和分裂能力而在血管中的可移動性。比例尺：2 毫米。(C) 磁流體機(jī)器人越過障礙物的側(cè)面示意圖。(D) BFR 在磁阻力作用下穿過障礙物和心臟組織表面的溝槽。(E) BFR 超聲成像示意圖。比例尺：5 毫米：(F) BFR 在一塊牛心血管組織的內(nèi)表面形成一個穩(wěn)定的球體。(G) 超聲成像視頻快照，顯示運(yùn)動控制過程中 BFR 在不同時間的位置。比例尺：2 毫米。(H) BFR 在全血環(huán)境中逆流而上。比例尺：1 毫米。

圖4. 體內(nèi)腫瘤殺傷實驗。(A) 各實驗組裸鼠在治療六天后的腫瘤情況，(B) 體重曲線。(C) 腫瘤大小曲線。(D) 六天治療后離體腫瘤組織的體積統(tǒng)計。(E) 小鼠腫瘤切片的 H&E 染色結(jié)果。比例尺：50 微米。(F) 和 (G) 腫瘤切片的 TUNEL 和 KI67 染色結(jié)果。黑色背景圖像為熒光圖像，白色背景圖像為特征熒光圖像。比例尺：100 μm。