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  發展智能藥物遞送與控釋技術是實現精準醫療的關鍵技術支撐，對提升重大疾病防治能力、推動生物醫藥產業高質量發展具有重要戰略意義。近年來，生物技術、材料科學、人工智能和電子信息等領域的技術進步正在重塑藥物在體內的輸送方式。智能小型化藥物遞釋器械融合上述前沿技術，可實現精準的藥代動力學控制、靶向分布與可編程釋放，在提升療效、減輕毒副作用的同時提升患者依從性，代表了下一代藥物遞釋器械的發展方向：更智能、更安全、更輕巧。

  2026年3月26日，浙江大學藥學院、先進藥物遞釋系統全國重點實驗室顧臻教授、Hongming Chen院士、魏鑫偉研究員，與麻省理工學院Robert Langer院士、Giovanni Traverso教授，牛津大學Molly Stevens院士，布朗大學Tejal Desai院士，美國北卡羅來納大學教堂山分校John Buse教授等，在Nature正刊發表題為“Towards intelligent and miniaturized drug delivery devices”的述評文章，系統闡述了新一代基于藥械組合的藥物遞釋系統的研發進展與未來發展前景。文章介紹了IMDDDs的關鍵類別和設計原則，并重點分析了人工智能在輔助器械設計、制造及性能增強方面的作用，并針對腫瘤、糖尿病、心血管疾病等臨床場景，以及未來面臨的挑戰與機遇進行了深入討論。文章特別強調人工智能與生物智能、材質智能的融合為IMDDDs的快速發展提供了可能。顧臻為該文的通訊作者，魏鑫偉為第一作者。

  區別于傳統“自下而上”通過自組裝等工藝制備的微納制劑（如脂質體、脂質納米顆粒、微球等），IMDDDs通常采用“自上而下”的制造工藝，尺寸通常在微米至厘米級。通過集成生物電子、智能響應等控制模塊，結合可穿戴、植入式等多種遞送模式，IMDDDs不僅能智能遞送小分子和生物大分子藥物，還可高效遞送病毒、細胞乃至機體組織，廣泛應用于疾病治療與疫苗接種等領域。典型器械形式包括柔性電子貼片、微針、滲透泵、無線植入器械、智能隱形眼鏡及可吞咽裝置等，這類器械時常融入智能材料與先進算法，可實現對藥物的長效、靶向、響應性、閉環及程序化釋放的精準控制（圖 1）。

圖1. 智能小型化藥物遞釋器械IMDDDs組件和類別示意圖

IMDDDs器械類型

  根據所集成模塊的類型和性質，IMDDDs可分為四類（圖 2）。

（1）生物電子治療器械

  這類器械通常將微電子與生物傳感技術相結合，集成于可穿戴或可植入等系統中，通過電信號實現藥物的精準控釋，具有響應快、可編程等優勢，并支持實時生理監測與閉環給藥。其中典型的閉環系統包括三個核心部分：用于監測生理信號的傳感器、控釋藥物的儲庫、以及負責數據處理與通信的數字模塊。與傳統的開環遞送方式不同，閉環系統可通過血液、汗液、組織液等生物體液實時監測生理信號，并依據反饋動態調節給藥。除直接電觸發外，電能也可轉化為光、磁、熱或力等非電形式以觸發藥物釋放。

（2）物理觸發式器械

  該類器械能響應外部非電物理刺激，如機械力、聲、熱、光與磁信號。機械觸發器械通過壓縮/拉伸力、剪切力或超聲波等機械作用激活釋放藥物，也可利用預存儲的機械能（如彈簧、氣體壓力）實現定向遞送。近期開發的一種滲透壓驅動的長效輸注貼，可實現24小時持續穩定釋藥。聲學觸發主要借助超聲的空化、熱及機械效應；熱觸發則依賴溫敏材料，通過電熱、磁熱或光熱等方式實現有線或無線控釋。光觸發器械采用光敏材料或分子，通過特定波長光照實現空間精準的藥物釋放。磁觸發器械則利用外磁場引起磁性載藥結構變化，可實現無創深部組織遞送。

（3）生理化學信號響應性器械

  這類系統直接利用體內生理化學信號實現精準治療，主要設計策略集中于三類觸發因素：離子變化、小分子變化與生物分子相互作用。體液中豐富的離子（如鈣離子）可作為局部給藥的觸發信號；pH變化是另一關鍵機制，特定材料（如碳酸鹽、縮醛/酮、亞胺等）會在相應pH下發生結構或親水性改變，從而實現pH響應釋放。硼酸與葡萄糖的可逆結合已廣泛應用于糖尿病管理器械中，例如基于此原理的微針類胰島素遞釋器械已在動物模型中展示出良好的血糖調控能力。此外，利用ATP-適配體高親和相互作用、缺氧敏感基團以及活性氧響應元件的系統，也為按需釋藥提供了多樣化的化學途徑。

（4）活性器械

  活性器械指細胞、細菌或復雜組織培養物等活性治療組分集成于IMDDDs的新興體系。其開發關鍵在于維持生物組分的活力與功能，需精確調控物質交換（如氧氣、氨基酸）與環境條件（如pH、溫度）。多孔膜覆蓋的腔室結構可通過孔隙實現內外雙向交換；將藥物封裝于多糖、海藻酸鹽或明膠等聚合物微凝膠/水凝膠中，有助于保持治療活性；預血管化技術可進一步改善氧與營養輸送。此外，微孔、微槽與微柱等微觀結構可為治療細胞提供附著與生長的空間支持。

圖2. 典型的IMDDDs類型示意圖

AI賦能IMDDDs

（1）AI輔助IMDDDs設計與制造

  人工智能技術正在推動藥物遞送領域發生深刻變革，其強大的計算與學習能力為器械設計、制造與功能優化提供了全新可能，助力實現更精準、個性化的治療（圖3）。人工智能輔助IMDDDs創新主要體現在以下方面：藥物研發、器械設計與制造、數據處理與控制優化。

  深度學習等人工智能算法已被廣泛應用于靶點識別與虛擬篩選，可優化藥物分子結構并預測其吸收、分布、代謝、排泄及毒性特性，同時還能評估聯合療法的效果與毒性風險，提升藥物安全性。此外，基于體外毒理學數據與計算模型的人工智能方法，正在為個性化給藥方案的制定提供新途徑，減少對傳統實驗的依賴。在器械設計與制造方面，人工智能能夠分析藥物物化性質與釋放行為，快速篩選最佳配方并優化器械的載藥量、釋放精度及穩定性。制造過程中，人工智能可與3D打印等技術結合，實時監測與調整參數，推動個性化醫療器械制造。計算機視覺系統與機器學習能實時檢測生產缺陷，反饋至生產線以提升質量控制水平。數字孿生技術通過虛實交互實現工藝參數的動態優化，為大規模穩定生產奠定基礎。

在醫療大數據處理與分析層面，人工智能顯著提升了效率、準確性與自動化水平。卷積神經網絡、循環神經網絡等模型能有效解析腦電圖、心電圖等生理信號，實現疾病分類與早期預警。在連續健康監測中，AI模型支持構建無創、持續的血壓估算系統。糖尿病管理中，AI可通過分析持續血糖數據優化預測并制定個性化胰島素方案。醫學影像分析中，AI在CT、MRI等多種模態中表現優異。此外，基于深度學習的語音識別技術還能通過聲學特征輔助疾病篩查，拓展健康管理應用場景。

（2）典型的AI驅動IMDDDs

  AI驅動的閉環類器械整合傳感、分析與自主給藥功能，可根據患者生理狀態動態調整治療方案。例如，在糖尿病管理中，系統通過持續血糖監測與機器學習預測趨勢，實現血糖達標時間超過80%；在癲癇治療中，AI能快速識別發作并觸發自適應給藥；針對慢性傷口，智能敷料可評估感染風險并按需釋放抗生素或生長因子；閉環輸注系統還能通過實時監測血藥濃度，將化療藥物維持在治療窗口內，實現增效減毒。

  人工智能也推動了個性化醫療設備與藥物遞送系統的發展。計算機視覺技術可通過圖像信息識別評估患者狀況，例如結合智能手機皮膚鏡拍攝病變圖像，并利用噴墨打印制作形狀、劑量個體化的精準治療貼片；無人機可借助機器視覺識別定位患者并投遞、注入藥物，特別用于急救場景。智能膠囊則為未來圖像引導的口服療法提供基礎。語音識別提供無需動手的交互方式，可集成于給藥平臺輔助用藥管理。例如，一種仿生人工纖毛陣列能夠識別特定聲波頻率并觸發藥物釋放。

AI驅動的微型機器人在藥物遞送中同樣前景廣闊。AI算法可提升其導航能力，例如通過Q學習引導機器人在動態環境中精確抵達目標。基于深度學習的集群控制技術能實現協同規劃與自主適應。磁導航系統結合圖像處理可無線引導微型機器人定向移動；進化算法可用于設計活體機器人結構，為體內安全遞送提供創新方案。人工智能正推動微型機器人向更智能、更可靠的方向發展。

圖3. AI賦能IMDDDs的設計、制造與應用

IMDDDs的臨床應用

  為提升腫瘤治療效果，多種精準遞送技術正不斷發展。例如，局部噴霧凝膠、3D打印支架與生物載體能增強CAR-T細胞的存活與功能；微針貼片結合納米顆粒可提升藥物穿透深度；植入式生物電子設備通過無線控制實現主動靶向與遠程釋藥；光動力復合系統則支持微創介入與深層治療，為突破傳統療法局限提供新途徑。在糖尿病管理領域，可穿戴透皮貼片已實現血糖實時監測與藥物反饋調控；口服胰島素膠囊通過仿生定向、微針腸壁給藥及噴射釋藥等設計，顯著提高生物利用度。皮下植入方面，無線供電平臺、工程細胞植入物及封裝胰島β細胞的裝置，為嚴重胰島素缺乏患者提供了創新治療策略。

  針對疫苗接種，微針貼片可作為無痛、易用的替代方案，適用于包括mRNA在內的多種抗原遞送，且可在室溫下長期保存，尤其利于資源有限地區的廣泛接種。吸入式疫苗則以其非侵入性特點，有助于提升接種依從性。此外，用于心血管領域的柔性智能貼片可同步監測心電并釋藥，以降低心梗風險；微針增強型支架能實現血管深層靶向給藥，減少再狹窄。傷口管理方面，集成傳感器的敷料可依據環境指標控制抗生素釋放，并結合電刺激或光療法促進愈合。基于微針的皮下植入還可實現長效避孕藥物持續釋放，為低收入地區提供安全、可及的解決方案。

總結與展望

  IMDDDs正推動藥物遞釋器械向個性化、智能化、小型化方向發展，但其臨床轉化往往也面臨一些挑戰，包括性能一致性、生物相容性和規模化制造等。在治療層面需實現精準控制：慢性病要求長效穩定釋放，急性治療則需快速響應。結合生物響應制劑與智能算法，可構建基于實時生理信號的閉環個性化給藥系統。可靠性涉及材料、結構及生物界面等多方面，設備需在體內復雜環境中保持穩定。柔性電子與軟材料技術可改善機械匹配，增強組織貼合。微機電系統與高精度3D打印等先進工藝，結合AI質量檢測，有助于提升產品一致性與臨床成功率。設備小型化是精準微創治療的必然趨勢，但也受限于載藥量與能源供應。高載藥密度材料可提高藥物負載，無線供能與能量收集技術則為器械微型化提供新路徑。除了尺寸縮小，未來設備將進一步整合生理監測、自適應釋藥與安全保障等多重功能。安全性涵蓋生物相容性、材料毒性及系統運行等方面。植入設備易引發免疫反應與生物膜形成，表面改性是有效應對策略。材料須確保組織安全，系統應具備失效保護機制，通信需兼顧低延遲、高靈敏與數據安全。為實現廣泛普及，可通過使用耐用生物材料、智能制造技術、自動化生產流程及柔性生產模式等，降低規模化與個性化制造成本，實現經濟高效的制造方案。展望未來，IMDDDs將朝著更集成、更智能、以患者為中心的方向演進。個性化治療是核心，系統將依據患者生理特征、基因信息與生活方式動態調節。人工智能通過持續學習患者響應模式，將進一步優化給藥策略，實現更精準、自適應的治療閉環。

  原文鏈接 https://www.nature.com/articles/s41586-026-10221-3