荧光磁性软机器人Cy5标记技术：胃癌术中导航的“摄入-工作”成像新策略

编辑推荐：针对早期胃癌腹腔镜手术中肿瘤定位困难的问题，浙江大学团队创新性开发了Cy5标记的磁性软机器人系统。该研究通过金属夹标记联合荧光软机器人自主聚集技术，在动物实验中实现了胃内病灶的精准荧光导航（持续>8小时），解决了传统染料标记扩散快、电磁定位系统复杂等问题，为微创手术提供了更直观持久的导航方案。

　　

在早期胃癌诊疗领域，腹腔镜手术因其创伤小、恢复快等优势已成为主流术式。然而这类肿瘤局限于黏膜层的特点，使得术中对不可见病灶的精确定位成为巨大挑战。传统染料标记存在扩散风险，电磁定位系统又面临干扰难题，临床亟需更精准持久的导航方案。

针对这一临床痛点，浙江大学的科研团队在《Cyborg and Bionic Systems》发表创新研究，开发了基于Cy5荧光染料的磁性软机器人系统。该技术通过"金属夹标记+荧光机器人自主导航"的双模态设计，在动物模型中实现了胃内病灶的精准光学定位，为微创手术导航提供了新范式。

研究采用多学科交叉技术路线：通过3D打印模具制备硅胶基磁性软机器人（铁粉:硅胶=1:1），并负载近红外荧光染料Cy5；建立双磁场导航系统（体内磁性环标记+体外导向磁场）；采用IVIS Lumina光学成像系统进行体内外荧光检测；通过大鼠胃部手术模型验证定位准确性；运用MTS法和细胞周期分析评估生物相容性。

在技术设计方面，研究团队创新性地开发了毫米级磁性软机器人（1.2-1.6mm）。这些机器人通过胶囊给药后，能在双磁场引导下快速（<100秒）定向移动并紧密聚集于金属标记处。特别值得注意的是，在模拟胃蠕动的水流冲击下，仍能保持54.3%的附着率，展现出优异的组织粘附性能。

生物安全性实验显示，该系统的细胞毒性可忽略不计：与肝癌细胞共培养7天后，细胞活力（MTS检测）、增殖能力和周期分布均无显著改变（P>0.05）。在酸性环境（pH2.0）中，荧光信号可稳定维持48小时（与中性环境无统计学差异），证明其耐胃酸特性。

大鼠体内实验证实了系统的临床转化潜力。通过胃部缝合和胶囊给药两种方式，研究团队观察到持续8小时的高强度荧光信号（消散率仅12.4%），且能精确定位胃窦、胃体和胃底等不同解剖部位的病灶。血液生化检测显示，AST、ALT和BUN等肝肾功能指标均未见异常，证实了体内安全性。

与传统技术相比，该方案具有显著优势：相较于超声定位对操作者的高要求，或RFID系统的信号衰减问题，这种"智能标记"方法操作简便（仅需口服胶囊），且不受电磁干扰影响。磁性导航与荧光成像的结合，既解决了染料扩散的精度问题，又克服了纯金属标记缺乏直观性的缺陷。

这项研究的重要意义在于：首先，建立了"摄入-工作"模式的术中导航新范式，患者仅需术前服用胶囊即可实现精准定位；其次，开发的磁性软机器人兼具优良的运动性、粘附力和生物相容性；更重要的是，该系统完全基于现有临床设备（金属夹+NIR内镜），具有立即转化的潜力。

研究人员在讨论中指出，该技术的持久荧光特性（>8小时）完美覆盖术前禁食期，而双磁场设计确保了不同胃部区域的定位准确性。相比Matsuda报道的超声定位（误差达10.1mm），这种光学导航方案能实现亚厘米级精度，且无需特殊培训。

这项研究为微创手术导航提供了创新解决方案，其技术路线可扩展至其他空腔脏器肿瘤的定位。未来通过优化机器人尺寸、磁场参数和荧光材料，有望进一步提升系统的精准度和持久性。该成果标志着软体机器人在临床医学应用中的重要突破，为智能外科器械的发展开辟了新方向。