腔內(nèi)支架植入是治療膽道狹窄等梗阻性病變的常用介入手段，然而，傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)因器械剛度高、操作自由度低，難以在遠(yuǎn)端曲折的管道中安全穿行，易在肝內(nèi)膽管等遠(yuǎn)端狹窄部位引發(fā)穿孔、支架誤置等風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，磁控微機(jī)器人憑借其微創(chuàng)、可遠(yuǎn)程操控和穿透深部組織的優(yōu)勢(shì)，為腔內(nèi)精準(zhǔn)介入提供了全新思路。然而，受制于微型尺度下的“尺寸-力量權(quán)衡"，如何在保持靈活性的同時(shí)賦予其強(qiáng)大的擴(kuò)張能力，是推動(dòng)該技術(shù)走向臨床必須解決的難題。

針對(duì)上述難題，香港中文大學(xué)張立教授團(tuán)隊(duì)在《Science Advances》上發(fā)表了題為“Modular magnetic microrobot system for robust endoluminal navigation and high–radial force stent delivery in complex ductal anatomy"的研究論文，提出了一種模塊化磁控微機(jī)器人系統(tǒng)。文章第一作者是香港中文大學(xué)博士后蘇琳，文章通訊作者是香港中文大學(xué)張立教授和陳啟楓研究助理教授。

該系統(tǒng)創(chuàng)新性地將磁驅(qū)動(dòng)模塊與超聲響應(yīng)型自膨脹支架模塊相結(jié)合，通過(guò)旋轉(zhuǎn)方向控制實(shí)現(xiàn)“集成推進(jìn)"與“定點(diǎn)分離"兩種狀態(tài)的智能切換，并利用聚焦超聲觸發(fā)支架在病灶處的快速膨脹，實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜管道內(nèi)的穩(wěn)定穿行與支架的按需精準(zhǔn)部署（圖1）。

為此，作者團(tuán)隊(duì)分別合成了兩種水凝膠打印樹(shù)脂，并采用摩方精密面投影微立體光刻（PµSL）技術(shù)（nanoArch® S130，精度：2μm）制備了兩種模塊。磁驅(qū)動(dòng)模塊的打印樹(shù)脂由聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、交聯(lián)劑DPHA、增稠劑PVP及NdFeB@SiO?磁性顆粒組成，賦予模塊高磁響應(yīng)性與結(jié)構(gòu)精度（圖2）。支架模塊則采用含鉭微粒的韌性水凝膠材料打印而成，不僅具備良好的生物相容性，還可作為超聲成像對(duì)比劑，其徑向剛度達(dá)0.516 N/cm，滿足臨床膽道與血管的支撐需求（圖3）。

該系統(tǒng)的核心創(chuàng)新在于其“旋轉(zhuǎn)控制組裝策略"（圖4）。磁驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)了基于阿基米德螺旋線的鎖鉤結(jié)構(gòu)，當(dāng)模塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，支架模塊被牢牢約束在腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸送；一旦抵達(dá)目標(biāo)位置，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)即可在離心力作用下于3秒內(nèi)完成精準(zhǔn)釋放。這一機(jī)制有效解決了傳統(tǒng)磁控機(jī)器人在導(dǎo)航過(guò)程中易丟失負(fù)載、難以在狹窄空間內(nèi)可控釋放的難題。

研究團(tuán)隊(duì)在多層分支膽道模型及離體豬膽管中成功驗(yàn)證了該系統(tǒng)的全流程操作（圖5）：微機(jī)器人可在超聲引導(dǎo)下沿3.5 cm路徑精準(zhǔn)導(dǎo)航，在目標(biāo)位置3秒內(nèi)完成支架釋放，并于30秒內(nèi)通過(guò)超聲熱觸發(fā)實(shí)現(xiàn)膨脹，將管腔直徑擴(kuò)大約2.5倍。該系統(tǒng)兼具微創(chuàng)性、高精度與臨床兼容性，為未來(lái)深部腔內(nèi)介入治療提供了全新的技術(shù)平臺(tái)。綜上，這項(xiàng)工作有力地促進(jìn)了生物醫(yī)用多功能微型機(jī)器人的發(fā)展，為其今后走向?qū)嶋H應(yīng)用提供重要參考。