微型機器人長期以來被認為可以在人體內進行精確的藥物傳遞，但其實用性一直難以實現。許多設計既複雜，又成本高昂，並且在活體組織內部的控制上也存在困難。加州理工學院（Caltech）和南加州大學（University of Southern California）的研究小組開發了一種新的微型機器人，旨在通過將設計簡化為最基本的形式——氣泡，來解決這些問題。
該研究團隊創造了酶驅動的微氣泡機器人，這些機器人能夠向腫瘤導航，攜帶抗癌藥物，並能通過超聲波按需釋放。這種方法不僅簡化了微型機器人的結構和製造過程，還保持了強大的靶向和治療性能。不同於早期依賴3D列印、水凝膠外殼和無塵室製造的微型機器人，這些新機器人完全由蛋白質包裹的微氣泡組成。這些氣泡已廣泛應用於醫學影像中，且被認為是生物相容的。
藉助超聲波攪動，團隊能夠快速且低成本地生產數千個相同的微氣泡。加州理工學院醫療工程教授魏高（Wei Gao）表示：「我們想，如果我們讓這一切更簡單，僅僅讓氣泡本身成為一個機器人怎麼樣？」氣泡的製作容易，且已知其生物相容性良好。如果想要讓它們破裂，也可以立即做到。形成後，蛋白質外殼提供了一種簡單的方法來增加功能性。
研究人員將表面氨基進行化學改性，以附加酶、藥物和納米顆粒，創造出能夠移動、感知環境並提供治療的微型機器人。移動來自於附在氣泡表面的尿素酶，該酶與體內自然存在的廢物產品尿素反應，產生氨和二氧化碳。由於酶的不均勻分佈，化學副產品在氣泡的一側積聚，從而產生推力，推動機器人向前。
團隊製作了兩種版本的微型機器人。其中一種包括磁性納米顆粒，研究人員可以利用外部磁場將氣泡引導至目標並通過超聲影像進行跟蹤。第二種版本則是完全自動化的。通過添加另一種酶，過氧化氫酶，這些機器人能夠對過氧化氫作出反應，該物質在腫瘤和發炎組織中濃度較高，從而使氣泡能夠在無需影像或外部控制的情況下向腫瘤移動。
魏高表示：「在這種情況下，您不需要任何影像，也不需要任何外部控制。這個機器人足夠聰明，可以找到腫瘤。」氣泡機器人的自動運動及其感知過氧化氫梯度的能力使得這一靶向成為可能，這種靶向被稱為化學性腫瘤靶向。
一旦氣泡機器人到達腫瘤，聚焦超聲波將被用來使其破裂。這一突發的崩潰釋放了藥物載荷，並機械性地增強了其進入腫瘤的能力，表現優於早期的緩釋設計。在涉及膀胱癌的鼠類實驗中，這種方法在21天內促使腫瘤重量減少約60%，相較於僅接受藥物治療的動物。
這一氣泡機器人平台雖然簡單，但卻整合了治療所需的要素：生物相容性、可控運動、影像指導以及按需觸發，這些特性有助於藥物更深地滲透進入腫瘤。該研究的首席作者湯松松（Songsong Tang）表示。該研究已發表於《自然納米技術》（Nature Nanotechnology）期刊。
