今年7月一條資訊報道，30歲的李女士（化名）從新西蘭飛抵廣州。11個小時的飛行剛結束，她便在機場突然暈倒，經(jīng)過搶救仍不幸離世。

醫(yī)生推測她死于肺栓塞：很可能是長途久坐讓她的腿部形成了血栓，血栓脫落后堵塞了肺部血管[1]。

新聞圖：肺栓塞可能發(fā)生在任何年齡段 ｜廣東廣播電視臺

肺栓塞、腦梗、心梗……這些血栓會引發(fā)的疾病，正越來越頻繁地盯上年輕人。它們來勢兇險，而且治療起來十分棘手：溶栓藥物的治療窗口極為狹窄，依賴于導管的機械取栓也有時間窗，還對血栓部位和醫(yī)生技術有極高要求。尤其在大腦中，蜿蜒狹窄的血管常讓血栓卡在“彎道”，即便是頂尖的醫(yī)生也有可能束手無策。

如果有一種微小的裝置，能沿著血管直抵病灶，將血栓“消化”后帶走，或許能徹底改變治療的局面。

在今年9月發(fā)表于《先進材料》[2]（Advanced Materials）的一項研究中，美國斯坦福大學（Stanford University）趙芮可團隊展示了一款直徑僅數(shù)毫米的磁控機器人。它能在磁場的引導下穿行于腦血管模型深處，不僅能取出血栓，還能完成給藥、治療動脈瘤等多種精細操作。

新型微型機器人在腦血管模型（上圖）與豬頸動脈（下圖）中穿行 ｜ 參考文獻[2]

動脈血流速度快，逆流而上曾經(jīng)是不可能的

目前，讓一個機器人在磁場下運動并不難，難的是如何在湍急的血流中自由穿行。要讓微型機器人在血管里逆流而上，它的速度必須達到甚至超過血液本身的流速。

而人體血流速度可達數(shù)十厘米每秒：頸內動脈常見的流速為20～30厘米/秒，峰值甚至接近60厘米/秒。過去，從未有螺旋微型機器人能達到這樣的速度，直到這項研究出現(xiàn)。

在一篇2022年發(fā)表于《自然·通訊》[3]（Nature Communications）的論文中，趙芮可團隊曾受折紙藝術啟發(fā)，設計了一種嵌入磁鐵、能在磁場中旋轉前行的機器人。

受折紙藝術啟發(fā)設計的無繩磁控機器人 ｜ 參考文獻[3]

這一次，團隊保留了其中最關鍵的結構——螺旋狀的側翼、中空的管道和開槽的外壁，并將原本指甲蓋大小的裝置縮小到了直徑與長度僅幾毫米，恰好適合在直徑3～5毫米的大腦血管中穿行。

機器人進入血管后，外部施加的旋轉磁場會驅動它快速旋轉。特殊的中空設計使得它在前進時會產生負壓，液體從前端吸入，再從后端和側槽噴出，從而推動機器人前行。

實測結果顯示，這種機器人能以每秒23厘米的速度，在動脈血流速度下靈活穿梭。趙芮可指出：“我們能輕松讓它達到這一速度，但23厘米/秒并非上限。只要繼續(xù)提高磁場的旋轉速度，它的速度甚至能達到60厘米/秒。”

機器人的特殊結構，使其能在血管中快速前進 ｜ 參考文獻[2]

就像搓棉球一樣，機器人“炫”小血栓

旋轉帶來的負壓不僅能推動機器人前進，還成了趙芮可團隊解決血栓問題的關鍵。

起初，團隊只是想試試用機器人產生的負壓將血栓吸走，但實驗結果大大超出了他們的預料：血栓不僅會被機器人牢牢吸住，還會在不到一分鐘的時間內被大幅壓縮，最終體積縮小到只有原來的5%。

原來，這種機器人在旋轉時會同時給血栓施加兩種力——負壓產生的壓力和旋轉帶來的摩擦力。

趙芮可形象地比喻道：“這就像搓棉球。當你一邊壓一邊搓時，松散的棉花就會逐漸變成一個緊實的小團。同樣的，血栓也會在這個過程中不斷地致密化。紅細胞不斷從血栓中擠出，最后剩下的絕大部分都是致密的纖維蛋白。”

纖維網(wǎng)絡在壓縮與剪切力作用下體積縮小 ｜ 參考文獻[5]

團隊還發(fā)現(xiàn)，血栓中紅細胞含量越高，最終被機器人壓縮的程度就越高，最高可達95%的壓縮率；對于完全由纖維蛋白組成的堅硬血栓模型，微型機器人也可壓縮超過80%的體積[4]。

質地堅硬的血栓是臨床上最難處理的類型，溶栓藥物、導管抽吸和支架“撈取”都難以有效應對，但趙芮可團隊的機器人有潛力輕松處理。更重要的是，由于機器人是將血栓整體壓縮后取出，而不是把血栓打碎成小塊，因此理論上降低了傳統(tǒng)機械取栓時血栓碎裂、進一步堵塞其他血管的風險。

機器人將血管模型中的血栓體積大幅壓縮（20倍速） ｜ 參考文獻[2]

擺脫導管，到達之前無法觸及的地方

其實，趙芮可團隊此前早已嘗試過“旋轉取栓”。今年6月，團隊在《自然》[5]（Nature）上發(fā)表了一項研究，嘗試了在血栓抽吸導管前端加裝一個直徑約1毫米、由電機驅動的旋轉裝置。

這種方法可以有效去除血栓，但依然需要使用導管，因此只能在適合導管操作的條件下、依賴經(jīng)驗豐富的醫(yī)生來操作。

趙芮可坦言：“掌握這項技術需要多年的訓練，整個斯坦福大學能做腦血管介入手術的醫(yī)生只有4位。雖然這樣的手術在國內更常見，但在國內的非一線城市，能夠勝任的醫(yī)生仍然屈指可數(shù)?！?/strong>

導管前端加裝旋轉裝置處理血栓示意圖 ｜ 參考文獻[5]

而現(xiàn)在，趙芮可團隊的新方法完全擺脫了導管。這不僅避免了因為導管深入造成血管破裂、腦出血的風險，也能讓機器人進入更彎、更細的血管，處理傳統(tǒng)手段無法觸及的血栓。

“我們只需在患者腿部或手腕置入一根鞘管，讓機器人經(jīng)鞘管進入血管，再在磁場引導下抵達血栓所在地，將血栓壓縮并帶回，最后從鞘管中取出。置入鞘管非常簡單，大大減小了醫(yī)生的操作難度，因此更多醫(yī)生都能用上這項技術”趙芮可解釋道。

精準直抵病灶，“甩”出藥物

這種機器人的應用場景遠不止取血栓。憑借其中空的結構，科學家可以在其中裝載藥物或其他成分，讓它在磁場導航下精準抵達病灶，再通過旋轉負壓來釋放藥物，為多種疾病提供新的治療手段。

而且，通過調節(jié)機器人本身的磁性和外加磁場的旋轉頻率，這種微型機器人還能展現(xiàn)出不同的運動模式，從而實現(xiàn)不同的給藥方式：它既能在前行過程中緩慢地釋放藥物，也能在原地高速抖動，將藥物迅速“甩”出。

“例如遞送溶栓藥物時，我們會更傾向于用緩慢釋放的方式。因為纖維蛋白溶解較為緩慢，藥物釋放太快會達不到效果。”趙芮可解釋道。

機器人在血管中釋放藥物示意圖（3倍速） ｜ 參考文獻[2]

但對于動脈瘤等疾病，快速釋放的效果可能更為理想。動脈瘤是血管壁上的薄弱膨出部位，如果它在血流沖擊下破裂，就可能導致腦出血（俗稱腦溢血）。

過去，為了減小血流對動脈瘤的沖擊，醫(yī)生需要借助導管將金屬線圈等放入動脈瘤?？梢坏┎≡钗挥趯Ч茈y以抵達的深處，醫(yī)生也無計可施。

而現(xiàn)在，研究團隊只需在機器人的中空結構內裝載治療動脈瘤的物質（凝血劑或能在液體中膨脹的聚合材料），再將其精準導航至動脈瘤處并釋放，就能在模型中完成堵塞，降低動脈瘤破裂的風險。

機器人治療動脈瘤示意圖 ｜ 參考文獻[2]

旋轉吸出腎結石，效率高相當于痛苦少

此外，這項技術也有希望應用到血管之外的場景。

在今年9月發(fā)表于《先進智能系統(tǒng)》[6]（Advanced Intelligent Systems）的論文中，趙芮可團隊已經(jīng)用同樣的原理成功清除了離體豬腎中的腎結石。

趙芮可透露，目前已經(jīng)有公司在推動“旋轉取石”的臨床轉化，而通過“旋轉取栓”來治療腦梗、肺栓塞和靜脈曲張血栓形成的臨床轉化也在進行中。

4秒捕獲45個碎片，機器人快速清除豬腎中的腎結石 ｜ 參考文獻[6]

與此同時，趙芮可團隊正在與斯坦福大學計算機科學系合作，開發(fā)基于血管造影圖像的微型機器人自動導航算法。

目前，團隊用于控制機器人的磁力機械臂，還只能依靠預設路徑或由醫(yī)生手動操控。但未來，如果算法能將二維造影重建為三維血管圖譜，并實時自動調控磁場，引導機器人直抵病灶，那么這項技術將真正解放醫(yī)生的雙手，也讓治療過程更精準安全。

或許在不遠的將來，這些微型機器人會成為臨床的常用手段，徹底改變我們深入人體器官的方式。

參考文獻

[1]https://world.chinadaily.com.cn/a/202507/08/WS686f307ba3106af2b3c73529.html

[2]https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202508180

[3]https://www.nature.com/articles/s41467-022-30802-w

[4]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352431625001038

[5]https://www.nature.com/articles/s41586-025-09049-0

[6]https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.202500609

作者：黃雨佳

編輯：代天醫(yī)

封面圖來源： 參考文獻[2]