基于纳米纤维的可生物降解微型机器人，可以在肠道的目标位置释放药物
在香港城市大学学者的带领下，一种以纳米纤维为基础的可生物降解微型机器人Fibot成功研发。Fibot可以在肠道中移动，并根据环境的pH值进行降解，从而在不同的锚定位置释放不同的药物。这项研究揭示了微型机器人的发展，以及在肠道靶向位置控制药物释放的潜在应用。该研究还促进了生物降解和自适应装置的生物医学应用的发展。
该研究团队由城市大学生物医学工程系(BME)副教授沈亚静博士领导。他们的研究结果发表在学术期刊上事，题为“具有可控锚定和自适应逐步释放功能的基于纳米纤维的可生物降解微型机器人”。
Fibot可以在外部磁场的驱动下移动并在肠道内“抛锚”
有针对性的药物由于胃肠道内的酸碱环境、胃壁表面粗糙、肠蠕动等原因，难以在理想位置释放。然而，沈博士和他的团队克服了所有这些障碍。
“我们将这种基于纳米纤维的柔软微型机器人命名为Fibot。可用于可控锚固，并可根据其周围环境的pH值完全降解。因此，Fibot可以释放嵌入体内的各种药物腿在胃肠道中逐步进行，”沈博士在介绍团队的研究成果时说。
“锚定”是指Fibot在被移动到肠道内所需的位置后，可以保持在固定的位置，而不会被蠕动推开。由一个外部磁场， Fibot可以有效地在复杂的胃肠道环境中移动，并将自己固定在肠壁通过施加强磁场。
在兔子体内的实验证明Fibot可以在4小时内完全降解
“Fibot的腿可以穿透肠粘膜，这使它能够固定在所需的肠位置，而不被蠕动推开。这是药物在目标位置释放的先决条件。而且，由于磁场的精确控制，Fibot的腿不会到达粘膜下层和外肌层胃肠道，从而有效避免肠穿孔的潜在风险。”
该团队用Fibot进行了各种实验。他们发现，在磁力的驱动下，Fibot在猪胃中10秒内移动了7厘米。猪胃坚硬、潮湿、酸性，pH值为5。这证明了Fibot在胃里的运动能力。
该团队还用Fibot在兔子的肠道中进行了体内实验。当Fibot移动到目标肠道区域时，研究小组施加更强的磁场将其固定在肠道组织上。Fibot在那里呆了4个小时，最终在那个姿势上完全退化。
制备的材料具有不同的ph响应降解能力，使药物释放可控
Fibot的另一个特点是它可以释放药物。关键在于制造材料。该团队用生物可降解材料分别制作了Fibot的纳米纤维软膜体和多腿阵列，然后用磁场辅助静电纺丝方法将这两个部分组装起来。
用于人体织物的纳米纤维的特殊核壳结构使药物能被包裹在外壳内。在制造针状腿时，该团队调整了材料的成分，药物就被放置在了里面。
“由于我们在制造过程中调整了材料，Fibot的身体和腿可以在不同的pH值下降解，这使我们能够控制Fibot身体和腿中封装的不同药物的逐渐释放，”沈博士补充说。
实验表明，在pH值小于等于5的胃酸环境中，Fibot的结构保持稳定，封装的药物没有泄漏。当Fibot被放置在pH值大于或等于5.5的环境中时，它的身体保持完整，但它的腿会慢慢溶解，并在大约40分钟内逐渐释放出嵌入的药物。剩下的身体仍然可以移动磁力．在pH值大于6的环境中，剩余的身体在7小时内完全降解，并释放出另一种被包裹在体内的药物。
Fibot是完全生物兼容和安全的生物医学使用
“体内实验已经证明，Fibot是完全生物相容性和可生物降解的，所以它不会引起任何肠梗阻。将它锚定在肠没有导致任何炎症反应，所以我们相信Fibot在生物医学应用中是安全的，”沈博士补充说。
Fibot揭示了完全可生物降解的功能性微型机器人设计，可以在固定位置逐步释放药物。这些发现在未来的生物医学治疗中具有应用潜力，如靶向区域释放和可编程释放，以及临床应用的肠道大分子释放。“Fibot为局部治疗提供了一种新的解决方案，并具有大分子透皮药物释放的潜力，”沈博士总结道。
