郴州家具封边胶厂 加州理工团队研发尿素驱动气泡机器人, 可自主航引爆

本文是业学术论文解读郴州家具封边胶厂，不做医疗建议。

电影《奇旅程》中，几位医生缩小到微生物大小，驾驶飞船进入位科学大脑，为其进行管手术后迅速撤离。

半个世纪以来，这始终是医学界的个终梦想：如果药物不再是盲目地随液流淌，而是像有航系统的鱼群样，地游向病灶，症疗将会发生怎样的质变？

近日，加州理工学院的伟教授团队在 Nature Nanotechnology 发表成果，他们开发了种生物可吸收的酶促微泡机器人，这群机器人能够以人体代谢废物尿素作为动力，在复杂的管群中自主“嗅寻”的气息。令人称奇的是，当它们抵达时，研究人员只需轻轻按下道声波指令，这些机器人便会像微型水炸弹样定向“爆破”，将药物投送进内部。

研究结果同样令人振奋，当团队为患病小鼠注射气泡机器人进行疗时，在 21 天内，其膀胱的重量比仅接受常规药物疗的小鼠减轻了约 60。

“这个气泡机器人平台虽然简单，却集成了疗所需的切要素：生物相容、可控运动、成像引，以及能帮助药物层渗透的按需触发机制。我们的目标始终是让微型机器人走向真正的临床应用，而这种机器人设计正是朝该向迈出的重要步，”论文作者唐松松表示。他在加州理工学院伟实验室担任博士后期间完成了这项工作，目前已加入科学技术大学担任教授。

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变废为宝，用尿素驱动

具有自主运动能力的微型和纳米机器人已成为生物医学域的变革工具，它们能够航至难以到达的区域，从而实现干预，并在复杂的生物环境中发挥大的作用，例如感测生物标志物、清除栓，或将药物递送至病灶。

随着域的飞速发展，科研界对机器人设计寄予了期待：要求系统不仅要具备强生物相容郴州家具封边胶厂，需兼具智能化、多化与度集成化。

此前，伟团队曾利用声成像和磁力引，在动物模型中投放过微型 3D 印机器人，使其在处降解并释放抗药物。然而，那些机器人需要在配备门设备的尘室中制造，其结构是由包裹微气泡的果冻状聚物（水凝胶）外壳组成。虽然外壳有助于进并在体内提供出的成像对比度，但制造工艺较为复杂。

“早期开发的 3D 印微型机器人虽然在系统工程上表现优异，但面向体内应用时，我们逐渐认识到两个关键问题：是结构需要进步简化，二是成本须大幅降低。”伟告诉 DeepTech，“气泡案正是在此背景下进入我们视野的。尽管气泡形态看似简单，但它在医疗域中已有广泛应用基础，例如声成像。此外，气泡还具有易于降解的特，这使其符临床实际应用的需求。”

因此，团队开发出了套制造这种简气泡机器人的法。利用声波探头震荡含有牛清白蛋白（BSA，实验室常用的标准动物蛋白）的溶液，从而产生了数以千计带有蛋白外壳的微气泡。

随后，团队利用了蛋白外壳的另个特：其表面分布着丰富的氨基。氨基是由碳氮键构成的原子团，非常容易进行化学修饰。通过结这些氨基，研究人员创造出了两种具有不同运动控制机制的微型机器人，而诸如阿霉素（Doxorubicin）之类的抗药物可以成功地结在两者的表面。

研究人员在两款气泡机器人的表面都修饰了脲酶，可分解生物体内存在的尿素（如液、微环境中的尿素），产生氨和二氧化碳气体。由于脲酶在气泡机器人表面的分布并不均匀，随时间移，这些产物会在气泡的侧聚集，产生浓度偏差。这种不对称的化学环境为气泡提供了净力，驱动微型机器人前进。

“确实，让尿素当燃料听起来有些反直觉。在大多数人的认知里，尿素只是代谢产生的废物。但从化学角度来看，它在生物体内浓度，质也非常稳定。”伟补充道，“我们的核心思路是，如果机器人能够直接从体内环境中获取能量，实现自主驱动，将比依赖外部能量输入（如声、磁场等）加理想。因此，我们尝试通过酶促反应，将尿素转化为可用于产生微尺度动力的能量，从而使机器人具备自主运动能力。这种法不仅简化了系统设计，也提了应用的实用，机器人不再需要复杂的外部驱动装置，而是借助体内已有的燃料自主运行，贴近未来临床实际应用的需求。”

面对尿素作为燃料动力是否足以支撑气泡机器人运动的疑问，伟也给出了肯定的答案。

实验数据显示郴州家具封边胶厂，得益于生物环境中尿素的丰度，机器人并未出现动力衰减的现象。这种进力足以克服生物流体的粘滞阻力，支撑机器人跨越微观尺度的“长途跋涉”抵达病灶。这种持续、稳定的动力表现，破了人们对酶驱动机器人动力薄弱、速度缓慢的固有认知，证明了其作为临床药物递送载体的可行。

磁控到智能，工程受控与仿生智能互补

个版本为磁控型气泡机器人。其核心思路在于结声实时成像与外部磁场控制，实现对机器人在体内运动轨迹的引。通过体外成像定位，研究人员能够操控机器人定向移动至目标区域，如或症部位，万能胶生产厂家从而完成疗任务。该案侧重于外部工程控制，强调定位与操控的精确。

但研究团队希望进步。“我们想让机器人变得聪明。”

通常情况下，细胞代谢会产生大量过氧化氢，比正常组织 10-100 倍，过氧化氢酶能感知这个浓度差，引机器人向前进。

因此，二个版本旨在构建具备环境感知能力的智能型气泡机器人。此版本需依赖外部控制或成像系统，而是利用机器人自身对微环境中特定化学信号（如过氧化氢）的感知能力，使其能够沿着化学浓度梯度自主向区域迁移。该设计突出了机器的智能与自主，体现了对生物微环境的响应与自适应特。

“在这种情况下，你不需要任何成像，也不需要任何外部控制，机器人足够聪明，能自己找到，” 伟解释道，“气泡机器人的自主运动，结其感知过氧化氢梯度的能力，实现了这种我们称之为‘趋化靶向’的航。”

研究人员通过外部磁场，能让机器人在管、膀胱等狭窄通道里转弯。实验中，在模拟管的微流道里，磁控能让机器人的“走偏率”从 50 降到 5 以下。

内部微气泡则能增强声信号。除了制造简单，气泡内部的空气与周围组织形成的声阻抗差，就是佳的声造影剂。研究人员在屏幕上能清晰看到机器人的运动轨迹。

当磁场难以覆盖时（比如部）郴州家具封边胶厂，机器人也能靠过氧化氢浓度梯度自己找目标，在小鼠原位膀胱模型中，气泡机器人在区域的富集量是正常膀胱组织的 4.2 倍。

“这两种案本质上是互补的，个偏向于工程受控，强调人工干预的确定；另个偏向于环境感知，强调仿生智能的自主。这让我们在面对不同的临床场景时，有了灵活的战术选择。”

此外，该气泡机器人的稳定表现优于预期。在体外条件下，例如在 4℃ 冰箱中低温储存时，其气泡结构可保持完整至少个月，核心均未发生明显衰减。

在真实生物体内环境中，它也表现出较的稳定，足以维持足够长的时间以完成将药物递送至目标区域的任务。同时，由于设计初衷是实现递送后及时降解，机器人并不需要在体内长期存留。“这种需要时稳定、完成后降解的特，恰好符我们对于理想递送系统的期待，既保证递送过程可靠，又避在体内产生不要的残留。”

90 释药，减重 60

旦气泡机器人抵达位置，其携带的药物可实现缓慢而稳定的释放。此外，研究人员也可以通过施加声来主动触发并加速药物释放，从而在目标区域内实现快、集中的给药。

声在此过程中发挥双重作用：面，它可作为外部触发信号，促进药物快速释放；另面，气泡在声作用下破裂时产生的力学应，能够增强药物在组织中的渗透能力。这种“气泡爆炸”应为药物递送提供了额外的动力，有助于药物入地进入组织，提升疗果。

实验显示，声触发的药物释放率达 90 以上，且正常组织区域几乎没有药物泄漏。气泡机器人也在声作用下会发生“爆炸”，产生的机械力能“撕开”基质的小缝隙，让药物穿透度提升 2.5 倍。在三维球体实验中，药物能从表面入到球体内部 100 μm（相当于 3 个细胞层），而普通药物只能停在表面。

当科学为患病小鼠注射气泡机器人进行疗时，在 21 天内，其膀胱的重量比仅接受常规药物疗的小鼠减轻了约 60。

图 | 利用原位膀胱模型评估微型气泡机器人体内抗果（来源：上述论文）

伟介绍，选择膀胱作为动物实验模型，主要基于以下几个面的考量：

先，膀胱环境在生理上非常适本研究。膀胱内尿素浓度较，且存在丰富的生物流体，为基于尿素驱动的气泡机器人提供了理想的工作环境。

另面，膀胱目前的临床疗存在显著挑战。传统灌注疗法难以使药物有渗透至组织内部，疗果受限。这款气泡机器人具备自主运动与定位能力，配声增强的药物渗透应，正好能够针对这痛点提供潜在解决案。”

“因此，膀胱模型既具备利于技术验证的生理条件，又代表着存在明确未满足临床需求的类型，使其成为个具有代表的理想起点。当然，这项技术的应用未来并不局限于膀胱。”

目前，伟团队已在实验室中开展多种不同部位模型的探索。“膀胱仅是我们选择的个起点模型。”

关于其应用场景，在伟看来，该机器人本质上是个递送平台，并不局限于单。其核心优势在于主动运动、定位及可控释放，因此不仅可用于递送传统药物，也可搭载基因药物、疫制剂或其他疗分子，未来还可扩展至诊断与成像域，例如递送成像增强粒子以医疗诊断。

在下步研究计划中，位团队计划从以下几面进：是将该平台应用于多模型；二是在同模型中化研究，提升技术成熟度，包括在大的动物体上进行验证。终目标是动该技术向临床转化，实现在人体中的应用。

参考链接：

1.Tang, S., Han, H., Ma, X. et al. Enzymatic microbubble robots. Nat. Nanotechnol. (2026). https://doi.org/10.1038/s41565-025-02109-6

排版：胡莉花郴州家具封边胶厂