克日，，，，，，，我院俞江帆教授团队在Nature Biomedical Engineering揭晓以“A miniature endovascular soft robot for active blood flow regulation in occluded vessels”为题的文章。。。。。。。。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-026-01771-y
 

01期刊先容

Nature Biomedical Engineering 是Nature系列旗下笼罩生物医学工程领域的具有主要国际影响力的期刊，，，，，，，聚焦工程学、质料学、医学与生命科学交织领域的立异研究，，，，，，，涵盖医疗机械人、医学成像、药物递送及诊疗手艺等偏向。。。。。。。。该期刊最新影响因子为26.3，，，，，，，JCR分区Q1。。。。。。。。
 

02研究配景

血管狭窄或闭塞常陪同局部血流显著降低甚至完全中止，，，，，，，不但会增进血栓形成和疾病希望，，，，，，，还会限制药物向病变区域的有用输运。。。。。。。。现有机械取栓等介入方法能够直接扫除血栓，，，，，，，但可能造成血管损伤，，，，，，，而纯粹药物溶栓又高度依赖血液循环将药物运送至血栓区域，，，，，，，在严重闭塞血管中疗效受到显着限制。。。。。。。。针对这一问题，，，，，，，本研究提出一种微型血管内软体机械人，，，，，，，将磁控导航与人工纤毛驱动的局部血流调控相团结。。。。。。。；；；；；；；等丝墒紫仍硕聊康难，，，，，，，随后通过纤毛爆发异时波自动增强局部流体交流，，，，，，，将药物运送进入原本低流量甚至完全闭塞的血管分支，，，，，，，从而提高溶栓效率。。。。。。。。

03研究内容

该机械人由磁性基底层和人工纤毛阵列组成。。。。。。。。磁性基底认真机械人在血管中的无线导航和姿态控制，，，，，，，纤毛阵列则在旋转磁场驱动下爆发协调摆动，，，，，，，通过异时波自动输运流体。。。。。。。。两种功效能够通过调理磁场驱动方法实现解耦，，，，，，，使机械人在抵达病灶后坚持位置并举行局部血流调控（图1）。。。。。。。。

图1 微型血管内软体机械人的结构与应用示意

该事情首先研究了单根纤毛在旋转磁场下的运动（视频1）。。。。。。。。纤毛在一个周期内履历动力冲程和恢复冲程，，，，，，，在动力冲程中，，，，，，，纤毛受到磁场作用逐渐向一个偏向弯曲，，，，，，，抵达弯曲极限后，，，，，，，纤毛快速回摆进入恢复冲程（图2a）。。。。。。。。由于两个阶段在运动时间和空间轨迹上并不完全对称，，，，，，，因此能够爆发具有净偏向的流体输运。。。。。。。。随着磁场旋转平面与纤毛长轴之间夹角增添，，，，，，，纤毛动力冲程和恢复冲程之间的时间与空间差池称性逐渐下降（图2b）。。。。。。。。进一步把纤毛摆放为弯曲阵列后发明，，，，，，，弯曲阵列爆发的净流向与动力冲程偏向相同（图2c），，，，，，，并且随着纤毛阵列弯曲水平的增添，，，，，，，其爆发的流场显着增强（图2d），，，，，，，为后续机械人结构设计提供了依据。。。。。。。。

图2 单根人工纤毛及弯曲纤毛阵列的运动与流场表征

视频1 单根人工纤毛的运动

在单根纤毛研究的基础上，，，，，，，团队研究并优化了纤毛阵列的运动模式（图3a-b）。。。。。。。。大宗相邻纤毛依次摆动时，，，，，，，会形成沿阵列撒播的异时波。。。。。。。。凭证异时波撒播偏向与液体输运偏向之间的关系，，，，，，，可形成顺向异时波和逆向异时波，，，，，，，顺向异时波的液体输运偏向和波的撒播偏向相同，，，，，，，逆向异时波的液体输运偏向和波的撒播偏向相反（视频2）。。。。。。。。实验批注，，，，，，，相比顺向异时波，，，，，，，逆向异时波能够爆发更强的平均流动（图3c-d）。。。。。。。。通过纤毛阵列运动模式的优化，，，，，，，为机械人的后续设计涤讪了基础。。。。。。。。

图3 人工纤毛阵列的流体输运表征与结构优化

视频2 纤毛的流体运输

完成纤毛结构优化后，，，，，，，研究团队进一步将纤毛阵列与磁性基底集成为完整机械人，，，，，，，并在多种仿生血管模子中验证其自动血流调控能力。。。。。。。。在一端完全闭塞的血管模子中，，，，，，，机械人能够通过人工纤毛爆发显着的局部涡流和流体交流。。。。。。。。除了纤毛摆动自己，，，，，，，磁性基底在驱动历程中的振动还能够扰动血管壁周围的流体界线层，，，，，，，从而进一步增强关闭管道内的流体交流（图4a）。。。。。。。。在流通的血管和具有显着狭窄的模拟血管情形中，，，，，，，机械人能够针对血管内的血流举行显著的流动增强（图4b-c）。。。。。。。。别的，，，，，，，团队使用容易附着在血管壁上的荧光颗粒模拟局部颗粒沉积。。。。。。。。在未驱念头械人的情形下，，，，，，，大宗颗粒逐渐附着在管壁，，，，，，，但在启念头械人后，，，，，，，增强的局部流动能够有用冲洗这些颗粒，，，，，，，其残留荧光强度降低了94.7%（图4d）。。。。。。。。在主血管流速高达500 mm/s 的模子中，，，，，，，机械人还能够自动将液体从高速主流泵入完全闭塞的侧支血管，，，，，，，显示出高血流中的局部药物输运潜力（图4e）。。。。。。。。

图4 机械人在差别仿生血管情形中的自动血流调控

视频3 机械人在差别仿生血管情形中的自动血流调控

除血流调控外，，，，，，，机械人还能够在重大血管中运动（图5a-b），，，，，，，研究还定量剖析了差别磁场驱动角度、外部磁体移动速率、机械人与磁体距离以及逆向血流速率对机械人运动性能的影响（图5c-e）。。。。。。。。在体外溶栓实验中，，，，，，，机械人通过增强流体交流增进 tPA 进入闭塞分支，，，，，，，平均再通时间仅为40.4分钟，，，，，，，并且附壁血栓显著镌汰（视频4，，，，，，，图5f-g）。。。。。。。。而在没有机械人的情形下，，，，，，，由于闭塞支路内缺少有用血流，，，，，，，tPA主要依赖被动扩散进入血栓区域，，，，，，，因此溶栓历程较慢（平均再通时间95分钟），，，，，，，并容易在血管壁残留较多附壁血栓。。。。。。。。在猪全血实验中，，，，，，，机械人同样显著增强血栓周围的血流信号和 tPA 输运，，，，，，，并镌汰剩余血栓（图5h）。。。。。。。。

图5 机械人运动及体外增强溶栓实验

视频4 机械人的体外增强溶栓实验

为了进一步验证机械人的现实应用潜力，，，，，，，研究团队在动物实验中开展了体内验证。。。。。。。。在X光指导下，，，，，，，机械人可在较大血管中接纳效率较高、抗血流能力较强的翻腾运动，，，，，，，在较小血管中切换为旋进模式，，，，，，，并在进入血管后原地调解姿态（图6a-d）。。。。。。。。随后，，，，，，，研究团队在猪的动脉建设血栓完全闭塞模子。。。。。。。。在机械人尚未启动时，，，，，，，从上游注入的造影剂险些无法进入闭塞血管支路，，，，，，，但当机械人启动血流调控后，，，，，，，造影剂能够被自动运送进入原本闭塞的血管（图6e）。。。。。。。。在三次机械人辅助溶栓实验中，，，，，，，血管划分于35、40和60分钟实现再通，，，，，，，而无机械人组划分需要170、150和170分钟（图6f-h）。。。。。。。。治疗竣事后，，，，，，，机械人还可重新进入导管并完成血管内接纳（图6i）。。。。。。。。

图6 机械人体内导航、血流调控、增强溶栓及接纳

视频5 机械人的体内增强溶栓实验

04作者简介

文章通讯作者为优德官网微纳机械人中心主任、香港中文大学（深圳）副教授俞江帆。。。。。。。。

俞江帆是香港中文大学（深圳）理工学院副教授、人工智能学院兼聘副教授、校长青年学者、优德官网（优德官网）微纳机械人中心主任。。。。。。。。他是国家高条理青年人才，，，，，，，主持国家重点研发妄想青年科学家、国家自然科学基金、广东省面上、深圳市重点等项目。。。。。。。。他是招商局-优德官网医疗机械人未来工业团结实验室学术带动人，，，，，，，担当中国自动化学会、中国盘算机学会智能机械人专委会执行委员、中国微纳手艺学会微纳机械人分会理事、IEEE高级会员。。。。。。。。他的研究主要集中在医用微型机械人领域，，，，，，，至今揭晓了90余篇顶级期刊及聚会文章、2部专著、1部编著，，，，，，，以第一/通讯作者身份揭晓文章包括Nature Biomedical Engineering、Nature Machine Intelligence、Science Advances、Nature Communications、IJRR、TRO、Advanced Materials等。。。。。。。。他获得了多个有影响力的奖项，，，，，，，包括IEEE RAS Early Academic Career Award、亚太区 MIT TR 35、IROS 最佳学生聚会论文奖，，，，，，，国际基础科学大会前沿科学奖、吴文俊人工智能科技奖自然科学奖二等奖、中国电子学会自然科学二等奖、百度全球华人AI青年学者、IEEE 3M-NANO Rising Star Award。。。。。。。。他担当IEEE TRO、IEEE TASE的编委，，，，，，，以及Science Robotics、Science Advances、Nature Nanotechnology、Nature Sensors、Nature Communications、PNAS等多个顶级期刊和聚会的审稿人。。。。。。。。

本文第一作者为香港中文大学（深圳）博士生方凯文。。。。。。。。

方凯文，，，，，，，本科结业于西南交通大学，，，，，，，现在在香港中文大学（深圳）俞江帆教授团队攻读博士学位。。。。。。。。主要研究偏向为具身智能、磁驱机械人、多机械臂磁驱系统开发与设计。。。。。。。。

本文配合第一作者为王一斌。。。。。。。。

王一斌，，，，，，，本科结业于哈尔滨工业大学（威海），，，，，，，硕士结业于卡内基梅隆大学，，，，，，，博士结业于香港中文大学（深圳），，，，，，，现为俞江帆教授团队助理研究员，，，，，，，主要研究小标准磁性软体机械人的结构设计、驱念头理及生物医疗应用。。。。。。。。以第一作者或配合第一作者身份在Nature Biomedical Engineering、Nature Machine Intelligence、Science Advances等期刊揭晓研究效果。。。。。。。。

* 相关论文信息由论文作者提供