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香港中文大學（中大）合作研究團隊在磁性微型機械人方面取得突破。中大工程學院機械與自動化工程學系張立教授領導的團隊開發了磁性水凝膠微型機械人，可以對抗小型管狀醫療植入物內形成的菌膜。此磁性微型機械人採用新型水凝膠載藥技術，將菌膜感染治療的應用環境擴展到身體不同的部位，特別是一些深入體內難以到達的位置。研究結果已於國際學術期刊《Advanced Intelligent Systems》刊登，並在《Advanced Science News》作亮點報導。

醫療植入物內的菌膜感染難以根除

菌膜是由微生物和微生物分泌物質組成的黏膜結構。菌膜內的細菌在菌膜屏障之下，難以通過抗生素治療徹底清除，故可引發頑固性和復發性的感染。它們有機會在不同的醫療植入物表面滋生，例如在治療期間植入人體的導管中。由於醫療植入物並非身體器官，沒有免疫系統的保護，所以更容易發生菌膜感染。

此外，醫療植入物通常位於人體内難以到達的位置，更增加了治療菌膜感染的難度。抗生素是醫院內治療微生物感染的常規手段，但近年來多重耐藥性細菌（俗稱「超級細菌」）的出現和抗生素的過度使用，有必要開發不使用抗生素的治療菌膜感染新方法。

為微細管狀結構而設的微型機械人

磁性水凝膠微型機械人能夠施加物理力量破壞菌膜，同時釋放殺菌劑殺死細菌。張立教授表示：「我們可利用自主研發的微機械人平台，將磁性微型機械人精確導航到目標病菌。磁場控制所產生的機械力可以物理上破壞菌膜，而釋放殺菌劑可更有效地殺滅細菌。」

中大醫學院周毓浩創新醫學技術中心研究助理教授陳啟楓教授表示：「我們早前研發的螺旋微型機械人是為耳管應用而設計。目前的磁性水凝膠微型機械人形狀較長，具有可控的活性氧運送能力。我們並在彎曲微管道中進行了針對大腸桿菌和蠟樣芽孢桿菌菌膜的測試，模擬體內狹窄的空間，如醫療中使用的植入物和導管。」

「這次的微型機械人可以應用於不同部位的菌膜治療，例如用於膽管支架和泌尿道疾病的導尿管。另外，微型機械人亦可將標靶藥物輸送至人體內微小而曲折的管腔中。」

藥物載藥及可控釋放的功能

微型機械人以柔軟、濕潤、高生物相容性的水凝膠材料組成，能夠儲存殺菌劑等藥物。當水凝膠被加熱到其低臨界相變溫度（約32°C）以上時，會釋放出殺菌劑，令微型機械人在多種不同的生物醫學應用上有巨大潛力。

張立教授表示：「科學界對以熱敏水凝膠作為控制藥物釋放的載體有廣泛研究。我們的團隊早前進行了一項研究，將鐵顆粒摻入熱敏水凝膠中，令它對磁場產生反應，繼而釋放藥物。是次，我們進一步將熱敏磁性水凝膠作為製造微型機械人材料，以對抗菌膜。」

「磁性水凝膠可以攜帶過氧化氫溶液，在菌膜治療中殺菌。」陳啟楓教授補充道：「新的載藥功能結合磁控的物理刮擦，可減少對抗菌膜的殺菌劑用量，確保治療的有效性。此外，微型機械人可控制於指定地方釋放過氧化氫，進一步降低副作用，將對周圍健康組織的影響減至最小。」

張立教授表示：「我們現正與醫療合作夥伴討論合適的應用場景，並計劃使用經改進的微型機械人技術進行動物實驗。與此同時，我們正開發與臨床影像診斷技術相容、並合乎人體尺寸的磁力驅動系統，以供患者臨床應用。此外，我們亦與醫療以外的機構和業界合作，拓展磁性水凝膠微機械人於環境和工業上的應用。」