根据密歇根大学通过模拟和牛津大学通过实验在《科学进展》杂志上发表的最新研究，液滴中形成的微型机器人可以实现精准靶向药物输送，改善静脉注射药物输送，目前静脉注射药物输送仅将 0.7%的药物输送到目标组织。
一项模拟炎症性肠病治疗的实验在猪肠内进行，并得到了模拟的支持，展示了如何通过导管输送微型机器人，并通过磁场将其引导至目标位置。这些微型机器人是双面粒子，由可携带药物的凝胶和可控制其的磁铁组成。
在肠道实验中，凝胶溶解时会释放一种染料，团队对其进行检测以确保化学药物到达目标部位。他们还测试了延迟释放，一些凝胶会在较长时间内溶解。释放后，磁性颗粒被引导回导管并被回收。
如果在多个位置分配，该功能可以改善炎症性肠病的治疗；例如，通过将类固醇、免疫调节剂和再生剂等多种药物输送到肠道沿线的不同炎症部位。
该团队还使用人体膝盖模型测试了微创手术用例。微型机器人被释放到易于接近的区域，然后被操控到难以触及的目标部位分配染料，最后导航回入口处进行提取。
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“通过这项研究，我们距离实现非常先进的治疗方案又近了一步。我们先进的制造技术使我们能够创造出具有卓越性能和运动能力的软体机器人系统。”牛津大学生物医学工程研究所约翰·布莱克生物纳米科学教授、该研究的共同资深作者莫莉·史蒂文斯说道。
微型机器人的组成粒子是通过将含有磁性粒子的凝胶流推过一个狭窄的通道而制成的。一股油流进入装置并与凝胶相交，夹取大小均匀的液滴。磁性凝胶粒子沉入液滴底部，空凝胶漂浮在顶部。
由此产生的装置被称为永磁液滴微型机器人或 PMDM，尺寸约为 0.2 毫米，或两根人类头发的宽度。
“传统的微型机器人制造产量非常低。利用微流体技术，我们可以在几分钟内生成数百个微型机器人。这显著提高了效率，并降低了制造成本。”牛津大学史蒂文斯研究小组的博士生、该研究的共同主要作者曹元雄说道。
通过模拟预测并微调微型机器人如何响应特定磁场频率进行运动。模拟障碍赛道为引导微型机器人穿越复杂环境提供了试验场。
该物理系统使用由商业软件控制的电磁铁，产生磁场来形成并移动尺蠖状的微型机器人链条。这些链条以三种不同的方式移动，研究人员称之为行走、爬行和摆动。它们可以根据指令拆卸和重新组装，从而帮助它们穿越狭窄的通道或其他障碍物。
“我很惊讶地发现，我们能够根据磁场频率对不同粒子进行如此大程度的控制，特别是对组装和拆卸循环的控制，”该研究的共同主要作者、密歇根大学化学工程研究员 Philipp Schönhöfer 说道，他与化学工程系主任兼共同资深作者、Anthony C. Lembke 的 Sharon Glotzer 一起研究。
下一步，研究团队正在设计能够更好地在复杂环境中导航的新型微型机器人。他们将测试乳化液中的不同粒子，以了解它们如何相互吸引，并研究较大粒子群在不同磁场下的行为。
“通过我们的计算平台，我们现在还开发了一个游乐场来探索更广阔的设计空间，这已经引发了受 PMDM 概念启发的更复杂的微型机器人架构的想法，”Schönhöfer 说道。
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