磁性液态金属载药微马达的研究及应用

Medical micro-motor is becoming an important way to treating cavitary diseases in human body. However, most of medical micro-motors are facing various issues to be solved. As for micro-nano synthetic micro-motors, they are generally in micron and nanometer scale and their competent tasks are very limited. As a new kind of functional materials, liquid metal has unique advantages in building drug-loading micro-motors. In particular, flexible micro-motors based on liquid metal, which have been extensively studied recently around the world, have not been extended to the biomedical field. In this project, we propose to design a new kind of macro-scale drug-loading micro-motors using liquid metal. Our goal is to develop such kind of drug-loading micro-motors that have excellent performance. The main research contents include design and manufacturing of micro-motors, movement control, drug delivery and accurate release, so as to make a more complete understanding of the academic connotation and the process of the proposed drug carrier and to build medical drug-loading micro-motors based on liquid metal. The development of this project will provide a novel idea for the design of a new type of flexible drug-loading micro-motors, which is helpful for promoting the research and application of medical micro-motors in precise treatment of cavitary diseases.

微型医疗马达正在成为腔道类疾病治疗的重要途径。但大都面临各种待解决的问题，如多数微机械加工型由于不具有变形能力使得其在腔道中的运动受阻；对于微纳米合成型马达，其一般处于微米纳米尺度，使其可胜任的任务非常有限。液态金属作为一大类新兴的功能材料，在设计载药马达方面具有独特的优势，特别是将近期国际上研究较多的基于液态金属的柔性机器扩展到生物医学领域尚未得到开展。本项目提出利用液态金属设计宏观尺度的载药马达，并采用磁场等方式控制其运动，拟研制出性能与效果优良的载药微马达，在磁控液态金属载药微马达的设计与制造、运动调控、药物输运及精确释放等方面开展研究工作，拟对新型载药微马达所涉及的学术内涵与实现工艺做出更完整的认识，以期建立基于液态金属的医用载药微马达。本课题的开展为设计新型的载药微马达提供了一条全新的思路，有助于促进微型载药马达在精准治疗腔道类疾病的研究与应用。

本项目提出利用液态金属设计宏观尺度的载药马达，并采用磁场等方式控制其运动，拟研制出性能与效果优良的载药微马达，在磁控液态金属载药微马达的设计与制造、运动调控、药物输运及精确释放等方面开展研究工作，拟对新型载药微马达所涉及的学术内涵与实现工艺做出更完整的认识，以期建立基于液态金属的医用载药微马达。基于研究目标和任务，申请人进行了系统深入的探索与研究，并取得了系列成果，较好的达到预期目标。本项目设计出一款可控的、具有精准释放药物的磁控液态金属微马达，并利用磁控的方式测试了马达的精准释放药物效果。目前研究主要通过两个方面探讨了液态金属机器的医疗功能：作为柔性泵泵送药液和作为药物载体携载药物至目的地。液态金属机器作为柔性泵泵送药液时，可通过电驱动EGaIn机器泵送药液，也可通过Al/EGaIn机器自驱动运动泵送药液，还可借助外加电压提升Al/EGaIn机器泵送药液性能。项目还研究了将液态金属机器自身作为药物的运载体携载药物的性能。将液态金属EGaIn与常用的生物医用柔性载药材料水凝胶结合形成Hyd/EGaIn机器，电场作用下Hyd/EGaIn机器可以携载水凝胶柔性材料一起运动。通过将水凝胶材料中添加纳米铝颗粒作为药物后与液态金属EGaIn结合，形成Hyd/EGaIn-Al机器，电场作用下可被驱动运动，阐明了液态金属机器可携载药物运动。纳米铝颗粒可进一步增强EGaIn与水凝胶间的粘附作用，提升机器携载药物的性能。此外，Hyd/EGaIn-Al机器携载药物运动速度可以通过调节外加电压进行控制，也可以采用磁控的方式控制马达的运动与定点释放药物。不论液态金属机器以何种方式进行载药，其都依赖机器的运动性能，将药物从一个地方输送至另一地方，行使医疗功能。本项目论证了液态金属机器载药的可行性与可控性。液态金属机器载药这一医疗功能，可以使药物的运输不再仅仅依赖药物在溶液环境中的自由扩散，大大增加了药物递送的速度与靶向性，因而具有极为重要的医疗价值。