在支氣管、腦血管、輸卵管等狹窄而曲折的自然腔道中開展微創介入手術，始終是臨床實踐中的重大挑戰。理想的介入器械需要在不同操作階段實現可控的力學響應：一方面，具備足夠的柔順性，以安全穿行于分叉和彎曲的腔道結構；另一方面，在相對筆直的通道或抵達目標區域時保持必要的剛度，以避免導管打卷并確保穩定操作。然而，現有微導管的力學性能大多在制造階段便已固化，缺乏一種微型化、非破壞性且易于系統集成的動態剛度調節手段，難以適應介入路徑中不斷變化的機械環境。這一局限不僅增加了手術操作難度，也在一定程度上制約了微創介入技術在復雜腔道中的進一步應用。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫學與健康工程研究所徐海峰研究員團隊在磁控微米機器人導管領域取得重要進展。研究團隊研發出一種基于磁性螺旋形機器人的微機器人系統（Helixoft），該系統可無縫集成至商用微導管中，首次在微米尺度實現了遠程且無損的磁控可編程剛度調節，并兼具主動轉向能力。該研究成果在Nature Communications上發表，論文題目為"Magnetically controlled microrobotic system for programmable stiffness tuning and active steering of microcatheters"。

為應對磁驅變剛導管在尺寸、安全性和遠場操控方面的限制，Helixoft系統通過將剛性磁性螺旋結構與柔性微管相結合，實現了磁響應能力與機械順應性的協同設計。基于“材料磁化—器件結構—磁場模式”三位一體的設計框架，研究團隊構建了一種將磁驅螺旋運動與磁致彎曲相結合的解耦控制策略，在單一外部磁場作用下即可實現微導管剛度調節與主動轉向的獨立遠程控制。該系統專為狹窄敏感的小腔道環境而設計，可集成至直徑小至300微米的商用微導管中，實現跨越40倍范圍的連續剛度調節。通過建立描述其力學行為的理論模型，實現對Helixoft微導管運動姿態的精確預測。此外，Helixoft微導管具備良好的功能擴展性，不僅支持多節段分布式、相互獨立的剛度調節，還可集成微型攝像探頭、電極或激光光纖等模塊，為實時成像、組織消融和多模態微創介入操作提供支持。在多例活體動物支氣管模型中，研究團隊在Helixoft系統中集成了微型成像器件，并結合臨床影像設備與自主搭建的導管推進機構，開展了基于雙模態影像引導的磁控導航與靶向藥物轉運實驗。通過血液炎癥反應檢測和組織學分析等系統性評估，驗證了該系統在體內應用中的可行性與安全性。同時，還完成了輸卵管離體器官模型中精準取樣演示。

Helixoft微機器人系統為微創介入器械提供了一種全新的“機器人賦能”技術范式。通過在單一外部磁場作用下實現器械力學性能與運動形態的實時重構，該系統有望突破傳統介入工具在復雜腔道環境中的操控瓶頸。其良好的可擴展性和系統兼容性，也為與成像、治療及感知模塊的深度融合奠定了基礎。隨著技術的進一步完善，Helixoft微機器人系統有望在精準取樣、靶向遞送及智能介入等應用場景中發揮重要作用，為下一代智能化、低損傷的微創介入手術提供新的技術支撐。

課題組劉源副研究員、博士研究生黃靜和研究助理趙旭輝為共同第一作者，徐海峰研究員為本文獨立通訊作者。本研究工作得到了國家自然科學基金優秀青年科學基金等項目的支持。

圖1?具備磁驅遠程變剛和主動導航能力的Helixoft介入機器人導管