Heterogeneous Sensor-Carrier Microswarms for Collaborative Precise Drug Delivery toward Unknown Targets with Localized Acidosis

计算机科学 药物输送 纳米技术 群体行为 纳米机器人学 分布式计算 材料科学 人工智能
作者
Shuming Zhang,Fangzhi Mou,Yufeng Zheng,Luolin Li,Man Yang,Di Zhang,Hui Ma,Wei Luo,Tianlong Li,Jianguo Guan
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (20): 5958-5967
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00162
摘要

Micro/nanorobots hold the potential to revolutionize biomedicine by executing diverse tasks in hard-to-reach biological environments. Nevertheless, achieving precise drug delivery to unknown disease sites using swarming micro/nanorobots remains a significant challenge. Here we develop a heterogeneous swarm comprising sensing microrobots (sensor-bots) and drug-carrying microrobots (carrier-bots) with collaborative tasking capabilities for precise drug delivery toward unknown sites. Leveraging robust interspecific hydrodynamic interactions, the sensor-bots and carrier-bots spontaneously synchronize and self-organize into stable heterogeneous microswarms. Given that the sensor-bots can create real-time pH maps employing pH-responsive structural-color changes and the doxorubicin-loaded carrier-bots exhibit selective adhesion to acidic targets via pH-responsive charge reversal, the sensor-carrier microswarm, when exploring unknown environments, can detect and localize uncharted acidic targets, guide itself to cover the area, and finally deploy therapeutic carrier-bots precisely there. This versatile platform holds promise for treating diseases with localized acidosis and inspires future theranostic microsystems with expandability, task flexibility, and high efficiency.
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