微納米機(jī)器人群由大量微小單元組成，憑借集體主動遞送能力、增強(qiáng)的成像對比度和環(huán)境適應(yīng)能力，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。但受限于現(xiàn)有成像方式的視野、時空分辨率等，其在體內(nèi)的實時成像與追蹤一直是難題。本文提出一種利用激光散斑對比成像（LSCI）的策略，實現(xiàn)了微群在靜止和流動血液環(huán)境中的實時追蹤與導(dǎo)航。LSCI 具有全視野、高時空分辨率和無創(chuàng)的特點，通過分析灌注單元（PU）分布可量化微群引發(fā)的動態(tài)對流變化，為研究微群行為及與血液環(huán)境的相互作用提供了新方法，且在體內(nèi)實現(xiàn)了微群的實時追蹤與遞送，為血管系統(tǒng)中微群的主動遞送開辟了新路徑。

該研究由 Qinglong Wang、Qianqian Wang、Zhipeng Ning、KAI Fung Chan、Jialin Jiang 等學(xué)者合作完成，相關(guān)成果以《Tracking and navigation of a microswarm under laser speckle contrast imaging for targeted delivery》為題發(fā)表在《Science Robotics》期刊。

重要發(fā)現(xiàn)
01LSCI成像機(jī)制與微集群行為量化
微集群由磁性納米粒子在旋轉(zhuǎn)磁場下自組裝形成。
其核心突破在于：
LSCI通過捕捉紅細(xì)胞（RBCs）運(yùn)動引起的散斑對比變化，間接可視化微集群。當(dāng)微集群旋轉(zhuǎn)時，其誘導(dǎo)的流體擾動改變RBCs運(yùn)動軌跡，進(jìn)而影響散斑強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（σ）與均值（I）的比值（即散斑對比度K），最終轉(zhuǎn)化為PU值（PU=1/K2）。

關(guān)鍵實驗：
PU量化調(diào)控：輸入頻率從1Hz升至7Hz時，PU值從40增至115，證明微集群可通過頻率調(diào)節(jié)局部血流動力學(xué)。
穿透深度優(yōu)勢：在3.5mm血深下仍可成像，優(yōu)于傳統(tǒng)光學(xué)成像（＜1mm）。

02 血管環(huán)境中的實時導(dǎo)航
在硅膠管（模擬血管）中，微集群在血流速度高達(dá)110mm/s時仍可穩(wěn)定錨定。

LSCI以毫秒級延遲提供全視野成像：
靜態(tài)血液：微集群成像面積隨納米粒子劑量增加而擴(kuò)大（20μg→200μg時面積擴(kuò)大2倍）。
流動血液：通過調(diào)整磁場角度（45°-75°）優(yōu)化成像對比度，實現(xiàn)上下游雙向運(yùn)動。
遞送效率：在55mm/s流速下，下游遞送率達(dá)61.7%，上游達(dá)60%，為血栓靶向治療奠定基礎(chǔ)。

03 活體驗證與臨床轉(zhuǎn)化潛力
在 大鼠股靜脈模型 中，LSCI成功追蹤微集群的16.8mm長程運(yùn)動，回收率達(dá)85%。研究進(jìn)一步在 人胎盤血管模型 （模擬腦血管分支）完成5輪次、總長400mm的導(dǎo)航，驗證技術(shù)魯棒性。

創(chuàng)新與亮點
01突破難題：成像技術(shù)瓶頸 
傳統(tǒng)成像面臨三重矛盾：高分辨率（超聲）但穿透淺、深穿透（MRI）但延遲高、無輻射但視野窄（熒光）。

本研究通過LSCI融合三大優(yōu)勢：
全視野實時成像：42mm×42mm視野，毫秒級反饋速度；
無創(chuàng)無標(biāo)記：無需納米粒子修飾，直接利用血液動力學(xué)信號；
深度適用性：支持3.5mm血深及組織穿透。

02 技術(shù)創(chuàng)新：環(huán)境自適應(yīng)導(dǎo)航
微集群通過 PU分布分析 實現(xiàn)環(huán)境交互量化，例如：
頻率調(diào)控增強(qiáng)局部對流，提升藥物釋放效率；
角度優(yōu)化（45°-75°）抵抗高血流剪切力。
技術(shù)價值 ：為血管內(nèi)溶栓、腫瘤靶向治療提供可控遞送平臺。

03 臨床價值：高效安全遞送
精準(zhǔn)回收 ：活體遞送回收率＞85%，降低脫靶風(fēng)險。
長時追蹤 ：35分鐘連續(xù)監(jiān)測，避免輻射暴露。
多場景適配 ：成功驗證于靜態(tài)/流動血液、人工血管、胎盤及活體模型。

總結(jié)與展望
本研究開創(chuàng)性地將LSCI技術(shù)與磁性微集群結(jié)合，實現(xiàn)了血管內(nèi)微機(jī)器人的實時追蹤與精準(zhǔn)遞送。其核心價值在于突破傳統(tǒng)成像限制，通過血流動力學(xué)量化（PU分析）與環(huán)境自適應(yīng)控制，為血栓清除、腫瘤治療等血管介入場景提供了無輻射、高分辨率的新工具。未來工作需進(jìn)一步優(yōu)化深血管成像（如顱內(nèi)動脈）及大型動物模型適配，推動微納機(jī)器人向臨床轉(zhuǎn)化。隨著激光探頭與機(jī)器人控制的集成，LSCI有望成為血管內(nèi)精準(zhǔn)醫(yī)療的"導(dǎo)航儀"，重塑藥物遞送技術(shù)格局。

論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Wang Q, Wang Q, Ning Z, Chan KF, Jiang J, Wang Y, Su L, Jiang S, Wang B, Ip BYM, Ko H, Leung TWH, Chiu PWY, Yu SCH, Zhang L. Tracking and navigation of a microswarm under laser speckle contrast imaging for targeted delivery. Sci Robot. 2024 Feb 21;9(87):eadh1978.

DOI:10.1126/scirobotics.adh1978.