微納米機器人群由大量微小單元組成，憑借集體主動遞送能力、增強的成像對比度和環境適應能力，在生物醫學領域展現出巨大潛力。但受限于現有成像方式的視野、時空分辨率等，其在體內的實時成像與追蹤一直是難題。本文提出一種利用激光散斑對比成像（LSCI）的策略，實現了微群在靜止和流動血液環境中的實時追蹤與導航。LSCI 具有全視野、高時空分辨率和無創的特點，通過分析灌注單元（PU）分布可量化微群引發的動態對流變化，為研究微群行為及與血液環境的相互作用提供了新方法，且在體內實現了微群的實時追蹤與遞送，為血管系統中微群的主動遞送開辟了新路徑。

該研究由 Qinglong Wang、Qianqian Wang、Zhipeng Ning、KAI Fung Chan、Jialin Jiang 等學者合作完成，相關成果以《Tracking and navigation of a microswarm under laser speckle contrast imaging for targeted delivery》為題發表在《Science Robotics》期刊。

重要發現
01LSCI成像機制與微集群行為量化
微集群由磁性納米粒子在旋轉磁場下自組裝形成。
其核心突破在于：
LSCI通過捕捉紅細胞（RBCs）運動引起的散斑對比變化，間接可視化微集群。當微集群旋轉時，其誘導的流體擾動改變RBCs運動軌跡，進而影響散斑強度標準差（σ）與均值（I）的比值（即散斑對比度K），最終轉化為PU值（PU=1/K2）。

關鍵實驗：
PU量化調控：輸入頻率從1Hz升至7Hz時，PU值從40增至115，證明微集群可通過頻率調節局部血流動力學。
穿透深度優勢：在3.5mm血深下仍可成像，優于傳統光學成像（＜1mm）。

02 血管環境中的實時導航
在硅膠管（模擬血管）中，微集群在血流速度高達110mm/s時仍可穩定錨定。

LSCI以毫秒級延遲提供全視野成像：
靜態血液：微集群成像面積隨納米粒子劑量增加而擴大（20μg→200μg時面積擴大2倍）。
流動血液：通過調整磁場角度（45°-75°）優化成像對比度，實現上下游雙向運動。
遞送效率：在55mm/s流速下，下游遞送率達61.7%，上游達60%，為血栓靶向治療奠定基礎。

03 活體驗證與臨床轉化潛力
在 大鼠股靜脈模型 中，LSCI成功追蹤微集群的16.8mm長程運動，回收率達85%。研究進一步在 人胎盤血管模型 （模擬腦血管分支）完成5輪次、總長400mm的導航，驗證技術魯棒性。

創新與亮點
01突破難題：成像技術瓶頸 
傳統成像面臨三重矛盾：高分辨率（超聲）但穿透淺、深穿透（MRI）但延遲高、無輻射但視野窄（熒光）。

本研究通過LSCI融合三大優勢：
全視野實時成像：42mm×42mm視野，毫秒級反饋速度；
無創無標記：無需納米粒子修飾，直接利用血液動力學信號；
深度適用性：支持3.5mm血深及組織穿透。

02 技術創新：環境自適應導航
微集群通過 PU分布分析 實現環境交互量化，例如：
頻率調控增強局部對流，提升藥物釋放效率；
角度優化（45°-75°）抵抗高血流剪切力。
技術價值 ：為血管內溶栓、腫瘤靶向治療提供可控遞送平臺。

03 臨床價值：高效安全遞送
精準回收 ：活體遞送回收率＞85%，降低脫靶風險。
長時追蹤 ：35分鐘連續監測，避免輻射暴露。
多場景適配 ：成功驗證于靜態/流動血液、人工血管、胎盤及活體模型。

總結與展望
本研究開創性地將LSCI技術與磁性微集群結合，實現了血管內微機器人的實時追蹤與精準遞送。其核心價值在于突破傳統成像限制，通過血流動力學量化（PU分析）與環境自適應控制，為血栓清除、腫瘤治療等血管介入場景提供了無輻射、高分辨率的新工具。未來工作需進一步優化深血管成像（如顱內動脈）及大型動物模型適配，推動微納機器人向臨床轉化。隨著激光探頭與機器人控制的集成，LSCI有望成為血管內精準醫療的"導航儀"，重塑藥物遞送技術格局。

論文信息
聲明：本文僅用作學術目的。
Wang Q, Wang Q, Ning Z, Chan KF, Jiang J, Wang Y, Su L, Jiang S, Wang B, Ip BYM, Ko H, Leung TWH, Chiu PWY, Yu SCH, Zhang L. Tracking and navigation of a microswarm under laser speckle contrast imaging for targeted delivery. Sci Robot. 2024 Feb 21;9(87):eadh1978.

DOI:10.1126/scirobotics.adh1978.