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一步到位製作「類精子」微機械人，可大幅提升藥物傳輸效能
科大研發
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微流控晶片產生的磁性藻酸鹽液滴，通過毛細管轉移到氯化鈣溶液漩渦容器。這些液滴在漩渦流的作用下爆裂，令其內部的磁性藻酸鹽溶液暴露，並被漩渦流抽出，形成類精子的不對稱結構。在抽出尾部後，由於與氯化鈣溶液中的鈣離子發生交聯反應，微游動器能在幾毫秒內凝固成形。
香港科技大學（科大）團隊研發出一種創新磁力驅動平台，僅需一個步驟便可製作類似精子結構（類精子）的微型機械人，這種微型機械人可進行精準藥物輸送。團隊突破了傳統微流控裝置無法處理精密 3D 結構的限制，成功簡化這些微型機械人的製作過程。
申亞京博士（左）和楊雄博士（右）展示該磁力驅動平台
研究成果已在《自然 － 通訊》上發表，標題為 One-Step Formation of Polymorphous Sperm-Like Microswimmers by Vortex Turbulence-Assisted Microfluidics。科大電子及計算機工程學系的研究助理教授楊雄博士及前博士後研究員譚蓉博士，為論文的共同第一作者。
在漩渦中自組裝的微機械人
這種「類精子」微型機械人又稱為微游動器，可在人體內複雜環境穿梭，幫助施行精準藥物輸送及微創手術。與傳統的微流控技術相比，這種微型機械人在液體環境的游動效率較高，但要大量製造並實現高效驅動和可控藥物釋放，一直是個難題。
科大電子及計算機工程學系副教授申亞京博士的研究團隊，受鰩魚精子的活動機制所啟發，開發出一部利用外在磁場驅動的漩渦湍流輔助微流控（VTAM）平台，能以「一步到位」的方法製成「類精子」微型機械人。
該平台結合了傳統十字形微流控晶片和旋轉磁力攪拌器所形成的漩渦容器。微流控晶片產生的磁性藻酸鹽液滴，通過毛細管轉移到氯化鈣溶液漩渦容器。這些液滴在漩渦流的作用下爆裂，令其內部的磁性藻酸鹽溶液暴露，並被漩渦流抽出，形成類精子的不對稱結構。在抽出尾部後，由於與氯化鈣溶液中的鈣離子發生交聯反應，微游動器能在幾毫秒內凝固成形。
通過此方法製成的微游動器，具有可生物降解的核殼頭部和柔軟尾部，其形態亦可透過渦流轉速和溶液濃度進行調節。它們成功在不同黏度的流體環境中達至高效推進。
利用漩渦湍流輔助微流控平台，製成多形態「類精子」微機械人的過程
申亞京博士表示，VTAM 平台成功以便捷的方法製造複雜的 3D 多形態結構，實現了傳統層流設備無法做到的技術，也展示了仿生設計在生物醫學工程中的應用潛力。為實踐應用，團隊將進一步優化製造過程，以確保微游動器的一致性和穩定性，亦期望能進行體內測試，驗證其在臨床環境中的實際效果。
為了進一步提高這些新型微游動器的藥物輸送性能，研究團隊在其表面塗上一層酸鹼性敏感膜，讓微游動器在不同酸鹼值的環境下均可達到緩慢並受控的藥物釋放效果。研究證實，在不同環境條件下，有塗上該薄膜的微游動器表現出色，藥物釋放效果亦顯著高於未塗抹的微游動器。研究團隊其後將微游動器導入生物體模擬環境，並在特定位置釋放藥物，進一步證實其在生物醫學方面甚有應用潛力。
來源：香港科技大學
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一步到位製作「類精子」微機械人可大幅提升藥物傳輸效能
