机器人线程清除中风血块

“在美国，中风是第五大死亡原因，也是导致残疾的主要原因。如果急性中风能在90分钟左右得到治疗，患者的存活率将显著提高。”麻省理工学院机械工程和土木与环境工程副教授赵宣和说。“如果我们能设计出一种设备，在这‘黄金时间’内逆转血管堵塞，我们就有可能避免永久性脑损伤。”这是我们的希望。”

为了清除大脑中的血凝块，医生通常会进行血管内手术，这是一种微创手术，外科医生将一根细导线插入患者的主动脉，通常是在腿部或腹股沟。在透视镜的引导下，同时用x射线对血管成像，外科医生然后手动旋转导线进入受损的脑血管。然后，可以将导管沿着金属丝串起来，将药物或凝块回收设备运送到受影响的区域。

金说，这项手术可能会对身体造成负担，需要经过专门培训的外科医生忍受荧光透视术的反复辐射照射。麻省理工学院机械工程系研究生、主要作者Yoonho Kim说：“这是一项要求很高的技能，而且根本没有足够的外科医生为患者服务，尤其是在郊区或农村地区。”。

此类手术中使用的医用导丝是被动的，这意味着它们必须手动操作，并且通常由金属合金芯制成，涂有聚合物，Kim说，如果导丝临时卡在特别狭窄的空间中，这种材料可能会产生摩擦并损坏容器衬里。

该团队意识到，他们实验室的发展可以帮助改进这种血管内程序，无论是在导丝的设计上，还是在减少医生暴露在任何相关辐射下。

线程一根针

在过去的几年里，该团队在水凝胶(主要由水制成的生物相容材料)和3d打印的磁力驱动材料方面积累了专业知识，这种材料可以简单地沿着磁铁的方向爬行、跳跃，甚至接住一个球。

在这篇新论文中，研究人员将他们在水凝胶和磁驱动方面的工作结合起来，制造出一种可磁操纵的、水凝胶涂层的机器人螺纹或导丝，他们能够使其足够薄，以磁引导穿过真人大小的脑血管硅树脂复制品。

机器人丝线的核心是由镍钛合金制成的，这种材料既可弯曲又有弹性。不像挂衣架，弯曲时可以保持形状，镍钛诺金属丝可以恢复原来的形状，使其更灵活地缠绕在紧密、曲折的血管中。研究小组在金属丝的芯部涂上一层橡胶糊或墨水，并在其中嵌入磁性颗粒。

最后，他们使用了他们以前开发的一种化学工艺，用水凝胶覆盖并粘合磁性覆盖物。水凝胶是一种不会影响底层磁性粒子反应性的材料，但能为金属丝提供光滑、无摩擦、生物相容的表面。

他们展示了机器人线的精确度和激活能力，使用了一个大磁铁，就像提线木偶的线一样，引导线穿过由小环组成的障碍，让人想起线穿过针眼的过程。

研究人员还在一个真人大小的硅胶大脑主要血管(包括血栓和动脉瘤)复制品中测试了丝线，该复制品模仿的是真实病人的大脑CT扫描。研究小组用模拟血液黏度的液体填充硅胶血管，然后手动操作模型周围的一个大磁铁，以引导机器人通过血管蜿蜒狭窄的路径。

金姆说，这种机器人丝线可以功能化，这意味着可以添加一些特征，例如，用激光输送减少血栓的药物或打破血栓。为了演示后者，研究小组用光纤替换了线的镍钛诺核心，发现他们可以通过磁力引导机器人，并在机器人到达目标区域时激活激光。

当研究人员比较涂有水凝胶和未涂有水凝胶的机器人线时，他们发现水凝胶给了线一个非常需要的、滑的优势，允许它在更狭窄的空间中滑动而不被卡住。在血管内手术中，这种特性是防止血管内壁摩擦和损伤的关键。首尔国立大学(Seoul National University)机械工程学教授赵奎真(Kyujin Cho)表示:“外科手术的挑战之一是如何通过大脑中复杂的血管，这些血管的直径非常小，商业导管无法到达。”“这项研究显示了克服这一挑战的潜力，并使无需开腹手术的大脑手术成为可能。”

这种新的机器人线是如何保证外科医生不受辐射的呢?Kim说，有了磁性导向导线，外科医生就不需要把导线穿过病人的血管了。这意味着医生也不必靠近病人，更重要的是，可以产生辐射的荧光镜。

在不久的将来，他设想血管内手术可以结合现有的磁性技术，比如成对的大磁铁，医生可以在手术室外，远离病人大脑的荧光成像，甚至在一个完全不同的位置操纵方向。“现有的平台可以应用磁场，同时对病人进行透视检查，医生可以在另一个房间，甚至在不同的城市，用操纵杆控制磁场，”Kim说。“下一步，我们希望利用现有技术在体内测试我们的机器人线程。”