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飞针送药——浙大团队发明无人机靶向急救给药系统

发布时间:2022-12-26来源:浙大融媒体中心作者:柯溢能0

由无人机传递货物包括药物并不鲜见,但要精准送达,“靶向”病人投掷并将药物自动注入体内发挥药效,这或许原本只是科幻片中的桥段。

现实生活中,对于患有如心肌梗塞、严重低血糖、严重外伤等突发疾病的患者来说,如果不及时开展治疗,患者面临着极大的死亡风险,因此及时的给药是非常重要的。

为了有效解决患者身边缺乏急救设备,或因无法呼救、交通拥挤、地理位置不便等原因导致的急救不及时,浙江大学药学院、金华研究院教授顾臻、百人计划研究员俞计成团队联合浙江大学控制科学与工程学院百人计划研究员陆豪健团队交叉创新,发明了一种基于无人机的靶向递药急救系统(Unmanned aerial vehicle (UAV)-mediated first aid system for targeted delivery,uFAST),丰富了在无人机在急救领域的应用,具有广阔的临床应用场景。

相关工作在2022年12月23日刊发在《先进材料》(Advanced Materials)上,论文第一作者是浙江大学药学院博士研究生盛涛和浙江大学控制科学与工程学院硕士研究生金锐。


靶向给药

这个无人机靶向急救给药系统由无人机、投掷给药装置和含有紧急治疗药物的微针贴片组成。“飞针作为一种灵巧的武器经常出现在武侠剧里。”顾臻介绍,“我们团队这套系统是为了救人,让无人机飞抵患者,在不用其他力量情况下实现自主给药。这里的针是载有药物的微针阵列,用高分子材料制成,长度小于1毫米,疼痛度较小,可以说是可飞行的智能急救针。”

为了实现这个过去难以想象的给药过程,顾臻团队设计了一种接触式触发的投掷给药装置,内含强力弹簧,以便在接触皮肤时提供足够的动力来将微针刺入皮肤。陆豪健介绍,我们使用的无人机可以智能地自动避开障碍物,当无人机搜索和识别病人后,可在适当的高度悬停,随后释放投掷给药装置,将负载药物的微针插入皮肤,包覆在微针里的药物会很快在皮下释放,通过血液循环到全身,实现急救。

投掷给药装置底部的触发器接触到皮肤表面时,弹簧可以释放出足够的能量来使附着的微针插入至皮肤中。“相比于手动给药,该装置提供的推力更加均匀,更利于微针贴片扎入皮肤。”俞计成解释道。


应用验证

那么这个发明无人机靶向急救给药系统的可行性如何呢?团队在严重低血糖疾病模型中开展可行性研究。

严重的低血糖会导致突然晕倒或在夜间睡眠时发生,而糖尿病患者的连续血糖监测系统能够实时警示低血糖,因此可以作为应急信号。

体内研究证实,浙大系统在低血糖小猪模型中成功实施了快速急救,有效防止了血糖的持续下降,并促进其上升到正常范围,证实了该系统能够有效减轻严重低血糖的风险。“作为概念验证,我们的微针包含了两个释放模块,前端可以快速释放药物,后端可以响应血糖变化,若血糖已经平稳,则药物释放会变慢。”盛涛介绍道。

对于未来应用前景,顾臻表示,未来可在应急救援等领域使用这一系统,同时此项发明是一个平台技术,飞行器是智能的,可确保靶向;给药系统也是智能的,可实现精准用药。另外,一些可穿戴的生理监测设备、先进的检测或分析系统、新型的给药方式及给药设备都可以与无人机靶向急救给药系统整合,以进一步扩展无人机介导的药物急救的应用场景与前景。