11月10日，《科技日報》5版頭條報道北航機械工程及自動化學院馮林課題組與奈米機器人的故事。這位北航老師研究出了一種新的腫瘤靶向機器人，它有偽裝，可以避開免疫細胞的攻擊；它有導航，能夠準確無誤地抵達戰場，從而更加智慧精準地投擲殺傷腫瘤的“彈藥”。
人類與癌症的鬥爭已經持續了數千年，每一次鬥爭的勝利和認識的深化，都伴隨科學技術的發展。微奈米醫療機器人被認為是頗具前途的智慧給藥平臺，廣泛用於腫瘤的靶向治療。
用磁場做導航
奈米機器人
精準搏殺腫瘤細胞
本報記者 張蓋倫
上映於1966年的科幻電影《神奇旅程》，講了這麼一個故事：為給一名科學家實行高難度血管手術，五名醫生被縮小成頭髮絲大小，置於針筒中，注射進他體內。五人駕駛著“潛艇”，躲過了免疫細胞的攻擊，一路乘風破浪，成功完成任務。
50多年過去，當初的幻想，已經部分成為了現實。微奈米醫療機器人，就被認為是一種頗具前途的智慧給藥平臺，目前被廣泛用於腫瘤的靶向治療。
近日，北京航空航天大學機械工程及自動化學院“卓越百人”副教授、博士生導師馮林課題組，研究出了一種新的更為智慧的腫瘤靶向機器人。它有了偽裝，還有了導航，能夠在磁場的驅動下，精準抵達戰場，投擲殺傷腫瘤的彈藥。
馮林課題組合影
讓巨噬細胞吞下奈米藥物變身微奈米機器人，並給它裝上導航
讓奈米機器人裝載藥物，到達指定地點，定向治療炎症或清除腫瘤，這是醫學奈米技術的終極目標之一。但傳統微奈米機器人在人體內的運動，其實靠的是分子之間的結合力，這是一種“被動靶向”，難免脫靶。“就好比我們知道，人群中具有某種特質兩類人可能會碰上。但茫茫人海中你最後碰上的是不是想要的人，其實要打一個問號。”馮林說。
而且，也如當初那部電影裡所展示的，被注射進人體內的奈米機器人，稍有不慎，就會遭到兢兢業業工作的免疫細胞的攻擊。對侵入人體的異物，免疫細胞可是毫不留情，定要抗爭。
那麼，能不能讓這類醫療機器人更為安全且精準地到達想去的地方？
2016年從日本回國後，馮林就一直思考這個問題。在北航機器人所的支援下，馮林和陳華偉老師合作申請獲批了國家重點研發計劃-機器人重大專案“靶向給藥微奈米機器人”。在一次和陳老師的討論中，陳老師問可不可以讓活細胞作為載體？這句看似很隨意的問題提醒了他：直接讓活的細胞吞進載藥奈米顆粒變身微奈米機器人行不行呢？
他們想到了巨噬細胞——這是一種喜歡吞食並處理異物的細胞。
合適的載體和“偽裝”找到了，接下來，就是設計機器人的“導航系統”。
磁性奈米顆粒可以由磁場來控制，藥物釋放可以利用紅外或者超聲波。幾乎是從零開始，馮林團隊自行設計了複合磁控系統。他們從電子線圈開始設計，一點點調整、摸索技術引數。磁性奈米顆粒進入小鼠體內後，透過這套系統，他們可以在體外對其行走路徑進行高精度控制。
再接下來，就是讓磁性奈米顆粒裝載藥物，並讓它在合適地點，透過合適方式釋放藥物。
這款機器人其實設計有許多層。在阿黴素外層是聚乙二醇，一種具有良好水溶性的高分子化合物；再外一層，是吲哚菁綠，它是藥物研究中常用的熒游標記物，幫助科研人員判斷機器人所在的位置，最後他們還包裹了一層脂質體，它具有非常高的生物相容性。
他們還為它設計了一個開關——近場紅外光。近紅外光穿透表層面板，磁性奈米顆粒吸收光線，產生熱量，會釋放出阿黴素。
如此一來，基本實現“指哪打哪”的效果。
“接收指令，執行指令，完成任務，在我們做機械的人眼中，具備這些能力的，才是智慧的機器人。”馮林說。
團隊用靶向給藥微奈米機器人在小鼠身上做了實驗。他們用了乳腺癌細胞種植的皮下腫瘤模型，對30只小鼠跟蹤了30天。團隊發現，這種方法對小鼠腫瘤確有靶向殺傷作用，且對周圍正常組織的影響最小。
9月，奈米科學領域權威期刊《Small》以封面文章的形式報道了課題組的研究成果。
國際知名期刊《Small》當期封面文章
Dai， Y。， Bai， X。， Jia， L。， Sun， H。， Feng， Y。， Wang， L。， Zhang， C。， Chen， Y。， Ji， Y。， Zhang， D。， Chen， H。*， Feng， L。* （2021）。 Precise Control of Customized Macrophage Cell Robot for Targeted Therapy of Solid Tumors with Minimal Invasion。 Small， 17（41）， 2103986。 “特別設計的巨噬細胞基微奈米機器人實現靶向治療腫瘤”，論文第一作者是北航機械學院2017級學生戴玉國，通訊作者是馮林和陳華偉。
在機械學院，
他們建立生物醫學實驗室
馮林的團隊中，有好幾個醫學生物專業出身的博士。在他的機械實驗室裡，還有一塊專門區域，用來生物醫學實驗。
所以，你能看到這樣一個略顯奇特的景象——實驗室裡，有各類機械模型，有專業級的顯微鏡以及小白鼠。
馮林是“80後”，本科學的電子資訊工程，碩士專業是生物機器人，博士留學日本名古屋大學，跟著導師新井史人教授一頭扎進了更為微觀的世界——微奈米機器人。
這並非馮林的初衷。那時，他覺得能唱歌跳舞健步如飛的機器人更酷，而且離實際應用更近。而被寄予厚望能夠改進診療方式的奈米機器人，則顯得和臨床太過遙遠。
但隨著科技的進步，已經一切皆有可能。
回國後，馮林來到北航，獲得北航“卓越百人”加入了機械學院張德遠老師領導的仿生與微納系統研究所，之後又得到北京市“科技新星”資助。馮林也被聘入了北京市生物醫學工程高精尖中心，更深入地進入到醫療機器人領域。
“不能只是炒概念，說奈米機器人未來能如何如何。”馮林一直存著這個念頭，就是要真正把奈米機器人打入體內，真正殺死體內的腫瘤細胞。
馮林的學生、北航機械工程及自動化學院18級碩士研究生梁樹璋告訴科技日報記者，他最常聽到的來自這位年輕博導的建議，就是“do it”。“馮老師的整體科研指導思維開放性很高，他鼓勵你去嘗試、去探索，給你指明方向的同時，也給你足夠的空間。”
就在不久前，馮林指導的學生團隊憑藉“Medcreate磁懸浮膠囊機器人”在第七屆中國國國際大學生“網際網路+”創新創業大賽中獲得金獎（本科生創意組全國第五名）。
它用到的技術，也是“複合場磁控”。
這是一款主動可控高速影象傳輸型膠囊機器人，能對胃部等大體積消化道器官進行全方位無死角影片探查。膠囊機器人可以懸浮運動，無需改變患者體位，就能完成整個胃部的覆蓋式檢查。
馮林為學生取得的成績高興，但他也知道，要完善各類治療型的微奈米機器人，還“路漫漫其修遠兮”。
從小鼠到人體，從試驗到臨床，還需要一步步完善和摸索，這並非坦途。“你要捨得花一輩子的時間。”馮林說。
馮林課題組在實驗室
馮林
機械工程及自動化學院
“卓越百人”副教授、博導
2011年獲得日本機械工程學會“優秀年輕學者”，2019年“北京市科技新星”。IEEE國際微奈米機器人技術委員會委員（全球60人左右），擔任Science合作期刊CBS（Cyborg and Bionic Systems）以及兩大國際頂級機器人會議（ICRA和IROS）的Associate Editor、分會主席，兼任中國機械工程學會生物製造分會組織委員會副主任委員、中國微米奈米學會微納機器人分會理事。
獲得IEEE機械工程領域最佳論文獎等9次。多次帶領本科生獲得北航馮如杯、首都挑戰杯、全國大學生創新創業大賽等各種獎項。2021年作為指導教師的“磁控膠囊機器人”專案從全國1085個參賽專案中脫穎而出，獲得第七屆中國國際“網際網路+”創新創業大賽本科生創意組全國第五名和全國總決賽金獎，以及首都挑戰杯特等獎、北航“馮如杯”一等獎。目前發表論文100餘篇，其中SCI 50餘篇、EI收錄50餘篇。在International Journal of robotics Research，Small，Lab on a chip上發表多篇封面文章。
主要研究場控微納操作和微納機器人方向。微奈米機器人以其體積小、可控性強、簇作用強、穿透性強等突出特點，在醫學、環境、工程、能源等領域受到越來越多的關注。針對如何實現精準化控制、靶向體內給藥和細胞微手術操等，提出多種基於物理場（磁場、聲場和光場）驅動的微納操作和微納機器人。研究內容涉及微電子技術、微納加工技術、生物、物理、化學、機械、自動化等多個學科。為了避開免疫排異反應並精準到達腫瘤區域完成對腫瘤的殺傷，提出了一種基於活細胞（巨噬細胞）為載體的微奈米機器人。
毫米級軟體磁驅動章魚機器人
利用光電鑷把活蟲子變成微奈米機器人
超聲捕獲迴圈腫瘤癌細胞CTC
