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北理工團(tuán)隊在體內(nèi)難觸及區(qū)域靶向治療及止血消殺微系統(tǒng)應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展



近日,北京理工大學(xué)機電學(xué)院婁文忠教授課題組在體內(nèi)難觸及區(qū)域靶向治療及止血消殺微系統(tǒng)應(yīng)用方面的重要研究進(jìn)展發(fā)表在Nature旗下國際頂級期刊Microsystems & Nanoengineering(影響因子8.006),相關(guān)成果以“A microexplosive shockwave-based drug delivery microsystem for treating hard-to-reach areas in the human body” 為題發(fā)表。該工作的第一作者為北京理工大學(xué)機電學(xué)院博士研究生孫毅,通訊作者為北京理工大學(xué)機電學(xué)院婁文忠教授和馮恒振博士后,北京理工大學(xué)為論文的第一單位。

圖1 基于微區(qū)精準(zhǔn)爆炸沖擊波輸送靶向藥物于體內(nèi)病灶的示意圖

植入式靶向藥物輸送微系統(tǒng)能夠最大限度地提高局部藥物功效和減少副作用滿足治療要求。人體食道、胃腸道、呼吸道等內(nèi)臟器官具有彎曲輪廓,針對管腔內(nèi)病變,使用現(xiàn)有治療方式局部給藥的能力受限,將靶向藥物噴射到這些體內(nèi)難觸及區(qū)域可有效提高治療效果(圖1)。

基于此,婁文忠教授團(tuán)隊提出一種基于微區(qū)爆炸沖擊噴射靶向藥物輸送微系統(tǒng),外徑毫米級,尾部一根柔性桿可將靶向藥物深入體內(nèi)難觸及區(qū)域,激發(fā)納米級原位裝藥,將靶向藥物精準(zhǔn)噴射到體內(nèi)病灶區(qū)域,靶向藥物可獲得動能為3.2×10-4J,通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,使沖擊波主要沿軸向傳播,大幅抑制徑向振動,其內(nèi)納米級PDMS薄膜,可將爆炸產(chǎn)生銅化合物攔截在管殼內(nèi)。微系統(tǒng)作用時間百微秒級,不會有溫度變化(圖2)。

圖2  (a) 微系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (b) 植入式靶向釋藥 (c) 沖擊波作用下殼體有效應(yīng)力變化

進(jìn)一步的,團(tuán)隊通過實驗評估了基于爆炸沖擊波噴射靶向藥物微系統(tǒng)可行性和生物安全性(圖 3)。首次將半導(dǎo)體橋與高密度炸藥疊氮化銅實現(xiàn)柔性、剛性材料的三維異構(gòu)集成,實驗驗證了理論和模擬的推論。

圖3 可行性與生物安全性驗證

研究團(tuán)隊相關(guān)工作在2021年國際頂會μ-TAS(微型化學(xué)分析與生物分析會議)上發(fā)表,會議錄用率:449/6000。特別感謝北京理工大學(xué)機電學(xué)院曾慶軒教授、李明愉副教授團(tuán)隊在Process of copper azide的技術(shù)支持。

原文鏈接:A microexplosive shockwave-based drug delivery microsystem for treating hard-to-reach areas in the human body | Microsystems & Nanoengineering (nature.com)


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