微型机器人试剂可以形成大量靶向药物递送，以改进成像分析。
发表在《科学进展》上的一份新报告中、Junhui Law 和多伦多大学和中国上海大学的机械与工业工程、人工智能和生物医学工程研究团队，不采用药物治疗的典型过程，但却促进群体栓塞的整体治疗效果。该过程是一种用于在血栓形成和动静脉畸形治疗期间阻塞血管的医学技术。磁性粒子群提供对栓塞更精确的定位，并且可以在流体流动条件下保持目标区域内的群完整性。基于微流体通道、离体组织和体内猪肾脏的实验，Law 和团队验证了所提出的选择性栓塞策略的有效性。
在目标交界处维持群的完整性。(A) 示意图说明了使用磁性粒子群来阻塞目标区域内的连接。(B) 施加在尖端粒子上的力的示意图分析。棕色圆圈表示磁性粒子。黑色虚线圆圈表示尖端粒子。磁相互作用力及其合成相互作用力分别由细蓝色箭头和粗蓝色箭头表示。流体阻力和反作用力用粗红色箭头表示。γ是结的分支角。θ 是磁相互作用力和 x 轴之间的角度。绿色框中显示了具有不同分支角度的连接处的粒子配置。紫色区域代表路口的墙壁。图片来源：科学进展（2022 年）。
集体行为在自然界中无处不在， 鱼群和昆虫群可以执行复杂的任务。生物工程师受到自然群体集体智慧的启发，开发出用于不同应用的各种微型机器人。在这项工作中，研究人员开发了一种驱动策略，以整合磁性粒子群，以准确地栓塞目标区域内的血流，从而在动物模型中进行选择性栓塞。这项工作提供了更深入的洞察力和概念验证研究，以了解生理条件下的微型机器人群行为。
研究小组通过按需生成微型机器人群来阻塞目标区域内的血管来实现选择性栓塞。他们使用直径小于红细胞和白细胞的超顺磁性颗粒在毛细血管中分布。研究人员将微粒包裹在凝血酶中，以将血液中的可溶性纤维蛋白原转化为纤维蛋白网，以包含带有颗粒的红细胞。
该团队注意到由于粒子之间的弱相互作用，这些群体如何在流动下分裂。研究小组在微流体通道内保持群体完整性在生理相关条件下，包括血管分支和血流。然后，他们在交界处模拟了一个群体，以了解分支角度、流速和群体完整性与磁场强度之间的关系。当施加的磁场强度低于计算值时群会分裂，而当施加的磁场强度高于计算值时，群会在结处保持其完整性。
模型的实验验证。(A 和 B) 分别在猪全血和 PBS 中，临界磁场强度 Bcritical 与不同分支角 γ 连接处流速之间的关系。（C和D）当施加的磁场强度分别低于和高于B临界时群的完整性。比例尺，20 μm。图片来源：科学进展（2022 年）
科学家们试图开发用于选择性栓塞的低磁场强度，以降低群体的完整性并防止意外阻塞。他们维持了一个驱动策略，以在目标区域内保持群体的完整性。尽管磁场分布发生了变化，但该团队在目标区域内保持了高磁场强度。在目标区域外形成的群遇到低强度磁场，因此无法保持其完整性。科学家们通过实验验证了提议的驱动策略。
研究小组测试了使用磁粒子群阻断血流的有效性，并测量了不同条件下的血流速度。他们通过在具有 120 0个分支角的微流体通道中稀释猪血流来确保在光学显微镜下的可见性。该团队通过计算红细胞的速度来测量流速了解平均流速，平均为 84 µm/s。科学家们展示了一种致动策略以及凝血酶包被的磁性颗粒，用于选择性栓塞，并最大限度地减少超出目标区域的意外阻塞。然后，他们使用微型机器人群在猪血管离体进行了概念验证实验，并通过超声成像系统对分支角为 30 度的血管进行了成像。
他们还以 80 µm/s 的流速将涂有凝血酶的磁性颗粒注入血管，并注意到交界处有一个亮斑，表明形成了一群，以确认血液的栓塞通过群的船只。经过体外研究，该团队在体内猪肾脏中测试了所提出的选择性栓塞策略，以实现选择性栓塞。
通过这种方式，Junhui Law 及其同事开发了一种驱动策略来调节磁性粒子群以进行选择性栓塞。通过驱动策略形成的微型机器人群为临床选择性栓塞提供了潜在的解决方案，以防止非选择性栓塞机制引起的并发症。
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