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由香港中文大学（中大）机械与自动化工程学系副教授张立教授领导的研究团队，成功掌握控制及追踪血管内微型机械人集群的技术。他们提出的集群控制及利用超声波成像辅助定位方法，是微型机械人转化到临床应用的关键，例如用作标靶药物递送以及局部诊疗。相关研究成果近日于著名国际期刊《科学进展》（Science Advances）上发表。

科学界一直在研究微型机械人在生物医学方面的应用，其优点是体积细小，能穿越狭窄空间例如微丝血管，将药物运送到身体指定较深入的部位，达致针对性治疗的效果。不过其体积同时是缺点，每个机械人只能携带有限的药物，因此必须有成千上万机械人同时工作，才能输送足够份量的药物。

在过去的实验中，研究团队已可以在简单的静态环境下，控制微型机械人集群的组成及控制其移动，以模拟自然界中生物的集体行为，如鸟群、蜂群等。不过在人体血管中实际应用时，机械人群体的形成、导航以及定位均会受到血液流动的干扰，面临极大技术挑战。

在这项研究中，研究团队採用多普勒超声波成像技术（ultrasound Doppler imaging guidance）作为微型机械人集群在血管动态环境实时导航及定位移动的解决方案。多普勒超声波成像是一种非入侵性的检测方法，通过判断高频声波经流动红血球反射后的频率变化，计算血液流动是否正常。

研究团队将微型机械人注入血管，在旋转磁铁驱动下，机械人在血管壁附近形成集群并跟随磁铁运行。由于血管壁附近血流量较低，对集群的组成影响相对较小，而且机械人粒子之间的相互作用较强，令集群可以逆血流而上或者顺血流而下。微型机械人集群会随著磁铁转动形成小漩涡，轻微扰乱正常的血流及周围红血球的运动，因此可以透过多普勒超声波成像从多角度实时追踪集群。即时的超声波信号回馈和快速的磁力控制，有助在不同的环境（如静止、连续式流动和脉动式流动）为微型机械人导航。

张立教授表示：「我们最终目标是将微型机械人技术应用于转化医学中，例如以微创的方式，在人体内深处进行血管内介入治疗。此项目是与中大医学院及苏黎世联邦理工学院的研究人员合作，为破解一些传统医疗手段难以解决的问题，向前迈进。」

参与是次研究的中大医学院影像及介入放射学系系主任余俊豪教授指出：「虽然微型机械人技术在血管内介入治疗的应用尚处于概念性阶段，但它在栓塞术、血流恢復和血管重建等疾病治疗方面有很大应用潜力。尽管这项技术的未来仍存在许多不确定因素和挑战，但随著工程与放射学等更多跨学科交流及合作，我们有望在这领域看到更多新进展。」

瑞士苏黎世联邦理工学院机器人与智慧系统研究所所长Bradley J. Nelson教授强调：「这项工作是微型机械人技术从实验室转移至实际医疗应用的关键。近年我们与中大的合作已经取得丰硕的研究成果，我们期待能取得更多的合作成果。」

此研究的第一作者、中大王乾乾博士表示：「这项研究首次实现了在动态环境中微型机械人集群的控制与成像。我们正通过更多实验去验证将这项技术应用到人体的可行性，并会设计一套自动化系统，把医学成像技术与磁控系统结合使用。」

此研究获香港研究资助局（RGC）、创新科技署（ITC）、中大周毓浩创新医学技术中心和天石机器人研究所的大力支持。张立教授目前带领研究团队进行开拓性研究工作，重点在研发新型医疗微型机械人及其远端控制系统。在过去三年，团队在研究各种微型机械人特性，包括集群运动、生物混合螺旋形机械人、利用机械人检测细菌毒素，以及3D／4D打印等领域，取得丰硕的成果，并陆续于各大顶级期刊发布文章，部分项目获得香港研究资助局 (https://youtu.be/l2NQfgW8tSQ) 及创新科技署 (https://www.itc.gov.hk/enewsletter/180901/en/nanobots_future_surgeons_inside_the_human_body.html)作重点报导。

论文全文请参阅﹕
Ultrasound Doppler-guided real-time navigation of a magnetic microswarm for active endovascular delivery
https://advances.sciencemag.org/content/7/9/eabe5914