图像引导磁性软微机器人用于女性生殖系统中微塑料捕获与生物膜清除

《ACS Nano》：Image-Guided Magnetic Microrobots for Microplastic Capture and Biofilm Removal in the Female Reproductive System

　　

女性生殖系统的健康日益受到新兴环境污染物威胁，这些污染物可引发潜在细菌感染、癌症及生育力问题。然而针对此类污染物的局部清除策略仍鲜有探索。其中微塑料（microplastics）已成为全球重大健康关切，越来越多证据表明其在人体组织中蓄积，并通过与合成织物、塑料厨具及一次性卫生用品的直接或间接接触，关联感染性疾病、致癌作用、细胞衰老及不孕。尽管风险明确，但从敏感生殖环境中清除滞留微塑料仍是生物医学研究的重大挑战。本研究报道一种图像引导磁性软微机器人平台，用于在女性生殖系统内靶向捕获微塑料并根除生物膜。磁性软微机器人采用液滴固化法制备，并通过自聚合聚多巴胺（polydopamine, PDA）涂层功能化以增强表面黏附与捕获效率。通过掺入钽基造影剂，在X射线荧光透视下实现实时可视化与精确导航。功能上，该磁性软微机器人在磷酸盐缓冲盐水（phosphate-buffered saline, PBS）中微塑料捕获效率达80%，在模拟阴道液（simulated vaginal fluid, SVF）中达50%，并抑制高达67%的生物膜生长，在生物相关条件下表现出稳健性能。该研究展示了图像引导微机器人用于女性生殖系统微塑料与生物膜清除的集成与应用，为保护生殖健康免受环境污染物的微创介入策略提供了前景。

研究背景方面，微塑料与纳米塑料经吸入、摄入及有限经皮途径进入人体，已在脑、肺、子宫、胎盘、血液等组织检出，动物实验显示其可致子宫纤维化、内膜变薄、卵母细胞成熟下降与生育力受损；卫生用品（如卫生棉条）可释放百亿级纳米塑料纤维，且微塑料表面易定植病原菌并形成生物膜、诱导耐药基因。目前从女性生殖道局部、远程、非侵入性清除微塑料与生物膜的手段几乎空白。为此，研究人员在《ACS Nano》发表概念验证研究，构建图像引导磁性软微机器人系统，在模拟与离体模型中同时实现微塑料捕获、生物膜根除、X射线荧光透视导航及磁控回收，证明该方法可行且生物相容，为生殖环境污染物清除提供新路径。

关键技术方法上，研究人员采用均质器油水乳液液滴固化法制备PDMS（polydimethylsiloxane）基软微球，内嵌水热合成Fe₃O₄磁粒与2–3 μm钽（Ta）造影粒，经自聚合PDA涂层与壳聚糖（chitosan）正电荷修饰；运动由外部旋转磁场与NdFeB永磁控制；成像采用X射线C臂荧光透视；微塑料捕获以荧光羧基聚苯乙烯（polystyrene, PS）颗粒在PBS（pH 7.4）与SVF（pH 4.6）中定量；生物膜以大肠杆菌（Escherichia coli）成熟生物膜结晶紫定量；生物相容性以HT1080与HEK-293细胞MTS/ATP/BrdU/ROS assay评价；离体模型为雌性大鼠子宫角与3D打印血管模型。

研究结果部分，2.1节软微机器人设计、制备与表征表明，液滴固化获球形多尺度微机器人，SEM确认PDA涂层形貌，FTIR验证PDMS+Fe₃O₄+壳聚糖+PDA组分键合，FBS孵育后FTIR与凝胶电泳证实表面蛋白冠形成。2.2节幻影模型内磁性运动显示，VSM证实超顺磁行为；SVF中加1.5%黏蛋白使速度降低约10倍；永磁可驱动微机器人在大鼠子宫角内位移（0–10 s时序成像）。2.3节微塑料捕获、生物膜根除与医学影像量化表明，荧光光谱与显微镜证实PBS中4 h捕获率达80%、SVF中50%（高离子强度致降效），单机器人4 h载量1.58×10⁵颗粒；可一并吸附卫生巾棉微纤维；E. coli浮游菌4 h捕获25%，成熟生物膜4 h根除67%，Live/Dead染色示PDA促附着并增死菌比例；X射线荧光透视下≥20% w/v Ta可显影，定30% w/v，子宫角内实时显影并借磁头导管回收。2.4节研究局限指出，仅限模拟与ex vivo，体内产率可能更低，未评长期毒性、免疫应答及复杂菌群/真菌（如念珠菌）。2.5节（原文无独立小节，并入结论）略。

讨论与结论翻译：本研究为模拟生物液中磁性软微机器人捕获微塑料与根除生物膜的首个概念验证。均质液滴固化法可调控尺寸；含造影剂微机器人可由外磁场与永磁导航并在X射线荧光透视下显影，虽速度因Ta略降仍足以在大鼠子宫角内移动；PBS捕获率高于SVF；细菌捕获与杀灭可通过优化尺寸、注射剂量及偶联抗生素进一步增强。该研究集成图像引导、磁驱、显影与回收于一体，为女性生殖系微塑料与生物膜污染的微创清除策略奠定基础。