近期，上海大學和香港中文大學（深圳）的研究人員合作開發了一種新型磁熱水凝膠群體（magneto-thermal hydrogel swarms）。

通過磁熱協同調控，水凝膠群體通過磁場對磁性顆粒進行遠程加熱；在需要產生磁熱時，則切換到高頻振蕩磁場，使材料升溫并從固態變為液態。

其在體內環境中不僅實現了精確靶向輸送，還能智能識別病變區域并精確填充和密封，為胃腸道漏孔疾?。ㄈ缥笣儭⑽赋鲅湍c漏等）的無創治療提供了全新解決方案。此外，該技術在膀胱、子宮等內腔性器官的疾病的治療中也展現出潛在的應用價值。

這項研究不僅拓展了磁響應材料在生物醫學領域的應用邊界，其提出的“磁-熱雙模驅動”控制策略為未來微創手術器械開發和靶向藥物遞送系統設計提供了新思路。

圖丨該論文共同通訊作者劉娜（左）與俞江帆（來源：劉娜）

日前，相關論文以《用于靶向封閉病灶的磁熱響應水凝膠集群》（Magneto-Thermal Hydrogel Swarms for Targeted Lesion Sealing）為題發表在Advanced Healthcare Materials[1]。上海大學陳子衡博士是第一作者，上海大學教授劉娜和香港中文大學（深圳）助理教授俞江帆擔任共同通訊作者。

圖丨相關論文（來源：Advanced Healthcare Materials）

在醫療領域，胃腸道漏孔（如胃出血、胃穿孔、腸漏等）是一種常見病癥，其通常由潰瘍、發炎或感染化膿引起。目前針對這類病癥的現有治療方案中，小孔洞可通過抑酸藥物和抗生素促進愈合，但較大孔洞仍依賴外科手術修復來治療。

然而，人體腸道長達 5-6 米，其中部分區域胃腸鏡難以到達。因此，如何精準修補這些“診療盲區”的孔洞成為亟待解決的挑戰。

劉娜的主要研究方向是小尺度操作機器人技術，包括微型機器人和微尺度細胞操作機器人，例如篩選具有特定功能的細胞以實現精準醫療干預，開發微型機器人進入人體自然腔道進行疾病診療等。

（來源：Advanced Healthcare Materials）

針對這一臨床難題，她與合作者創新性地提出了融合熱轉換效應的磁驅動機器人集群解決方案。基于磁驅動能力，其可通過膠囊封裝和口服方式進入人體，并在磁場作用下被定向驅動到病灶區域。通過外部磁場加熱，機器人集群可從凝膠狀釋放出相關材料，實現創面的精準修復，進而填補胃部或腸道的孔洞。

系列實驗顯示，通過這種新方法進行填補后，可實現對胃腸孔洞的靶向治療或緊急創面修復，特別是傳統方法難以達到的腸胃深處。

與現有的軟式胃鏡或無痛胃鏡（需插管）相比，該方法通過口服膠囊或凝膠球實現完全無創的創面修復，且在豬胃模型中展現出較為理想的修復效果。

圖丨群體的可控運動（來源：Advanced Healthcare Materials）

該技術的突破性進展主要源于三方面創新設計：

首先，材料中嵌入的磁性納米顆粒賦予其磁響應特性，既能實現無創精準導航，又對患者友好保障了其耐受性。

其次，獨特的相變特性便于輸送并利于創面貼合，在 60℃ 時，集群能在 1 分鐘內從固態轉變為液態，當溫度降低至 38℃ 時，集群從液態轉變為固態，這一過程稱為“可控形態轉換”。

最后，由于液態材料具有流動性，能夠更好地粘附在創面上，且具備良好的粘合性，因而從液態回到固態后，能夠像“生物創可貼”一樣緊密地與創面貼合。

“磁熱可轉換的智能材料與微型機器人集群的融合產生了顯著的協同效應，能夠實現 1+1>2 的效果?！眲⒛葘?DeepTech 解釋說，“我們通過磁熱耦合原理簡化了機器人構型，采用低頻旋轉磁場導航機器人運動到靶點，然后切換為高頻交變磁場觸發材料相變與藥物釋放。”

這種結合不僅為傳統微型機器人的設計提供了新的思路，也為智能材料的應用開辟了新的領域。

（來源：Advanced Healthcare Materials）

值得關注的是，該系統在填補腸胃道孔洞的過程中，材料從固態轉化為液態，這一過程同時也是藥物精準釋放的過程。

與傳統口服給藥相比（如治療慢性腸炎的藥物需設計腸溶包衣以抵抗胃酸），這種“靶點觸發式”釋藥機制能有效避免藥物在消化道轉運過程中的損耗，并顯著提高病灶部位的藥物濃度。

在該研究中，研究人員已經在動物模型上實驗驗證，目前他們也正在與相關醫院合作開展臨床前的實驗研究，并探索相關應用的臨床轉化。

在這項研究基礎上，該團隊現階段致力于解決遠距離精準溫度調控的關鍵問題，這將有利于提高手術的安全性和精準性，并有望減少患者的痛苦和恢復時間。

“一旦突破精準溫度調控，該技術的應用場景將大大拓寬，例如實現遠程的息肉切除，甚至還可能對化膿創面進行熱處理等?！眲⒛缺硎?。

參考資料：

1.Chen,Z. et al. Magneto-Thermal Hydrogel Swarms for Targeted Lesion Sealing.Advanced Healthcare Materials(2024). https://doi.org/10.1002/adhm.202403076

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