然而，目前常用的微机器人药物装载策略（如表面修饰或共混）存在以下问题并极大地限制了它们的治疗效率：
1）装载效率低，进而导致了制备过程中的药物浪费和体内递送效率低下；
2）药物在递送过程中缺乏有效的保护，从而导致其降解、失活和非特异性损失；
3）装载策略限制了药物的选择，例如表面修饰需要对药物进行物理或化学改性来实现粘附或共价连接，而共混则需要药物与打印树脂的高度互溶且不受加工过程影响。
鉴于此，英国皇家科学院院士、皇家工程院院士、美国国家工程院外籍院士、帝国理工学院Molly Stevens课题组提出了一种集成微流控装载和浸封（MLDS）的可填充微机器人系统。该系统通过双光子聚合技术将微流控装载系统与可填充微机器人一体化3D打印，利用微流控的优势可实现将不同药物以溶液形式高精度直接装载，从而提高装载效率并最大限度地减少浪费。同时开发了一种精确可控的浸渍封装策略，利用刺激响应材料封装和保护微机器人内装载的药物并保证其几何和结构完整性。
论文的第一作者为博士后研究员孙汝杰博士和博士研究生宋昕，成果发表在Advanced Materials上。共同作者包括帝国理工学院周琨、左宇扬、谢若箫、冷亦萱、马鋆、刘雨彤及清华大学耿洪亚教授等。
整体设计
整个系统的制备过程可分为结构打印、微流控装载、子系统分离、高精度浸封和微机器人分离五个步骤。其中微流控装载子系统由支撑底座、微机器人阵列和微流控通道三部分组成，微机器人阵列彼此通过微流体通道物理连接，同时通过两个特殊接口设计以实现药物装载以及后续的顺序分离。此外设计了特殊的压力释放窗口避免药物装载过程中残余压力导致的泄露。
图1.整体系统设计
文章要点
1）首先通过Nanoscribe双光子打印技术自下而上一体化集成制造了整个系统，同时通过优化激光功率、扫描速度和算法优化等打印参数，以最大限度地减少打印时间并保持结构完整性。然后选择罗丹明B为代表性药物，通过微流控将药物溶液载入微机器人内部腔体，由于该装载过程实现了药物溶液的直接精确装载，大大提高了装载效率并减少了实现充分装载的所需的最低量。随后提出了一种浸渍密封的方法，即将微机器人的顶部浸渍熔融的聚合物层以形成密封层，通过对接触力、温度等参数的精细控制和微机器人的结构优化实现了微机器人的可靠密封。
1）首先通过Nanoscribe双光子打印技术自下而上一体化集成制造了整个系统，同时通过优化激光功率、扫描速度和算法优化等打印参数，以最大限度地减少打印时间并保持结构完整性。然后选择罗丹明B为代表性药物，通过微流控将药物溶液载入微机器人内部腔体，由于该装载过程实现了药物溶液的直接精确装载，大大提高了装载效率并减少了实现充分装载的所需的最低量。随后提出了一种浸渍密封的方法，即将微机器人的顶部浸渍熔融的聚合物层以形成密封层，通过对接触力、温度等参数的精细控制和微机器人的结构优化实现了微机器人的可靠密封。
图2.微流控装载和浸封技术验证
2）通过改变密封层的材料，可实现温控和近红外光控两种可控的药物释放模式，其中温控可实现初始爆发性释放及后续的缓释，而近红外光控可实现选择性释放。此外，通过控制装载药物的初始浓度及微机器人的数量来控制最终的药物释放量。
图3.药物的温控及光控释放
3）该系统广谱适用于多种药物及刺激响应密封材料，为微机器人系统在靶向药物递送、环境传感和微纳马达应用方面提供了新的机会。例如，可以通过在微机器人表面用物理气相沉积涂敷镍/钛复合薄膜制备磁控微机器人，实现靶向磁控滚动和按需释放，并在体外多分支血管模拟通路和体外猪组织中得到了概念验证。此外，可通过装载溴百里酚蓝将微机器人作为高精度pH环境传感器，或通过装载催化剂药物溶液使微机器人在过氧化氢溶液中作为化学动力微纳马达。
图4.微机器人系统的应用展示
