感知生物組織的生理特性，對于了解組織的發(fā)育進(jìn)程和輔助疾病診療具有重要意義。準(zhǔn)確地感知人體深處軟組織的生理特性，也有助于監(jiān)測和了解疾病的發(fā)展過程，并為治療提供反饋。比如某些癌變的組織的硬度，相比于健康組織會出現(xiàn)增加；一些腸道疾病的發(fā)展，會伴隨著組織pH的變化。
基于此，研究人員提出一種新型微創(chuàng)方法，可以使用無線微型軟體機(jī)器人對生物組織進(jìn)行生理特性檢測，讓微型軟體機(jī)器人的醫(yī)療功能得以拓展。
圖 | 通過無線微型軟體機(jī)器人檢測軟組織生理特性的系統(tǒng)（來源：Science Advances）
而本次工作通過結(jié)合無線軟體機(jī)器人和醫(yī)學(xué)成像，來感知組織的一些高級生理特性比如器官深處的粘附力、pH值和粘彈性。
由磁場遠(yuǎn)程驅(qū)動的毫米級軟體機(jī)器人能夠以受控方式，附著和脫離軟組織表面，并與軟組織進(jìn)行機(jī)械交互。同時，還能通過醫(yī)學(xué)成像進(jìn)行監(jiān)控和跟蹤機(jī)器人的形狀，例如超聲波和X射線醫(yī)學(xué)成像。
當(dāng)將磁場信息與機(jī)器人的形狀信息結(jié)合并輸入力學(xué)模型之中，組織的生理特性就能被精準(zhǔn)檢測出來。與之前報道的用于感知組織特性的植入式電子傳感器、磁性微型設(shè)備和膠囊內(nèi)窺鏡相比，該方法利用機(jī)器人的多模式運(yùn)動能力來穿越組織屏障，故能以最小的侵入性進(jìn)入封閉的狹小的空間。同時，這種方法可以感知組織的高級生理特性，例如粘附力、pH值和粘彈性。而這些特性很難使用傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像工具、電子傳感器和其他現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備來感知。
在應(yīng)用上，此次成果主要可被用于精準(zhǔn)微創(chuàng)醫(yī)療，針對定點(diǎn)生物組織開展疾病監(jiān)測。比如在X射線成像設(shè)備下，機(jī)器人可以被部署到小鼠模型的患病區(qū)域，再由外部磁場驅(qū)動以便實(shí)現(xiàn)檢測組織pH與粘彈性。
圖 | 軟體機(jī)器人對小鼠模型的患病區(qū)域的組織特性進(jìn)行檢測（來源：Science Advances）
日前，相關(guān)論文以“In situ sensing physiological properties of biological tissues using wireless miniature soft robots”為題發(fā)在Science Advances期刊上。德國馬普智能系統(tǒng)研究所和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院博士生王春翔、德國馬普智能系統(tǒng)研究所博士后吳英丹、美國范德堡大學(xué)董曉光教授是共同一作，董曉光教授和德國馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所梅廷·司提（Metin Sitti）教授擔(dān)任共同通訊。
未來，課題組打算提高機(jī)器人的生物相容性，并尋求與外科醫(yī)生的合作進(jìn)行生物活體實(shí)驗(yàn)，加速將該方法用于實(shí)際臨床的進(jìn)程。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg3988
延伸閱讀：
《即時診斷應(yīng)用的生物傳感器技術(shù)及市場-2022版》
《柔性混合電子（FHE）技術(shù)及市場-2023版》
《機(jī)器人傳感器技術(shù)及市場-2022版》
