在精准医学时代，如何让药物更聪明、更“听话”地发挥作用？答案或许藏在一种名为“智能小型化给药器械”（Intelligent and miniaturized drug delivery devices，IMDDDs）的新兴技术中。

3月26日，浙江大学药学院教授、先进药物递释系统全国重点实验室主任顾臻领衔，联合麻省理工学院、牛津大学、布朗大学、北卡罗来纳大学的国际顶尖学者，在《自然》正刊发表题为“Towards intelligent and miniaturized drug delivery devices”的前瞻性述评，系统介绍了IMDDDs的关键类别和设计原则，并针对肿瘤、糖尿病、心脑血管疾病等临床场景，以及未来发展进行了深入探讨。顾臻为该文的通讯作者，魏鑫伟研究员是第一作者。

 

今年全国两会将“生物医药”列为国家新兴支柱产业， “十五五”规划纲要则提出“推进全民健康数智化建设”，折射出健康中国建设从保障“有没有”到追求“好不好”的关键一跃。而浙江大学，正站在这关键一跃的前沿阵地。顾臻介绍：“未来的‘智能药物’，将是三重智能技术的深度融合——包括人工智能、材质智能与生物智能。”

区别于传统通过自组装工艺制备的纳米药物（如脂质体、脂质纳米颗粒），IMDDDs的尺寸通常在微米至厘米级。它们不再是单纯的药物载体，而是通过现代制造工艺，集成了智能材料、控制模块、甚至活细胞与组织的微型系统。

柔性电子贴片、透皮微针、渗透泵、无线植入器件、智能隐形眼镜、可吞咽电子胶囊……这些形态各异的器械，通过融合智能材料与先进算法，可实现对药物的长效、靶向、响应性、闭环及程序化释放的精准控制。

 

 

 

 

智能小型化药物递释器械 IMDDDs 的组件和类别示意图

  

在这场变革中，人工智能扮演着关键角色。文章指出，AI不仅辅助器械设计与制造，还能优化药物释放模型、预测个体化给药方案，甚至通过机器学习算法实现治疗效果的实时反馈与调控。从“优化设计”到“主动决策”，AI正在重塑IMDDDs的智能边界。 

 

 

 

AI 赋能 IMDDDs 的设计、制造与应用

 

人工智能提供算法与决策支持，让器械学会“思考”；材质智能赋予材料响应能力，让器械更好地“对症下药”；生物智能则可把细胞与组织等作为药物工厂，让活细胞成为靶向递送的快递员与治疗的执行者。正是这三重智能的交互，让药物递送从单向注射走向“以病人为中心”的双向对话，从被动释放走向智能调控。

想象一下，未来你戴上一个手环或吞下一颗胶囊，只需通过语音指令，就能指挥它精准释放药物。

浙大团队受耳蜗毛细胞启发，借助三维建模和高精度3D打印技术，制备出具有不同长度和直径的仿生人工纤毛阵列。当外界声波频率与纤毛的固有频率匹配时，共振发生，纤毛振动。

团队将不同药物分别搭载于不同的纤毛上，构建了“声控胶囊”器件。发射频率1的声波，可触发药物A的释放；切换至频率2，药物B释放。这便是“材质智能”的生动体现。

 

 

 

受耳蜗毛细胞启发的仿生人工纤毛阵列

 

如果说声控胶囊是“听指令行事”，那么智能胰岛素则开始学会“看血糖办事”。

借助血糖响应性分子的修饰，浙大团队最新研发的智能胰岛素可以与体内血管及血液中特定的蛋白结合，血糖升高时，葡萄糖会促使智能胰岛素从蛋白上释放出来发挥作用；血糖过低时，它又可重新回到血管中。在糖尿病猪模型中，这种设计不仅实现了皮下注射后长达一周的平稳血糖控制，还可进一步与AI辅助的胰岛素泵结合，实现“双闭环”胰岛素智能递送，控糖能力优于目前商用的单闭环胰岛素泵。这是“材质智能”与“人工智能”的巧妙融合。

 

 

新型智能胰岛素及双闭环全自动控糖系统效果图

 

 

 

 

医院里随处可见的“打吊针”，或将成为历史。浙大团队研发的贴敷式输注贴，利用渗透压差驱动药物通过空心微针持续释放，实现大剂量药物的无痛、稳定输注。这个硬币大小的贴片，可实现长达24小时的释放。

这种“微型盐水瓶”让“住院治疗居家化”成为可能。未来，患者可以一边输液一边工作、旅行，甚至宇航员在太空中也能使用这种不依赖重力的给药方式。

 

 

 

 

可穿戴贴敷式输注贴的结构与原理示意图

交通拥堵、地理位置不便，常常导致急救延误。浙大药学院团队联合控制科学与工程学院，发明了无人机靶向递药急救系统。无人机接收急救信号后通过AI技术自主避障、识别患者，在适当高度释放微针投掷装置，将急救药物通过皮肤导入体内。

  

用于急救的无人机药物自主靶向递送系统

还有“以药为墨”的“喷药打印机”。根据智能手机的成像结果与AI智能图像分析，打印机将药物溶液精准打印在高分子薄膜上，为色素沉积、白癜风等疾病实现贴合病灶形状和剂量的个性化治疗。

 

 

 

 

个性化给药贴片的制备与使用示意图

 

此外，团队利用肥大细胞在过敏反应中的特性，将药物装载于肥大细胞内，当过敏原触发时，细胞自动释放药物；同时开发了基于类器官及组织（如淋巴结）的释药系统，并将这类“活药物”与器械结合实现精准治疗。 

智能药物听上去很美好，但会不会很贵？

通过开发“药物晶体覆膜技术”“高压制剂技术”等朴素的平台技术，浙大团队正在探索智能药物的低成本化路径。不追求昂贵的材料，而是用简易的工程设计和普通的药用辅料，实现智能化。

让前沿技术能够惠及每一位普通患者——这是科学家们始终不忘的初心。

“这些研究不是凭空想出来的，都源于临床需求与跨界交流。”顾臻说。在先进药物递释系统全国重点实验室，学科交叉是常态。药学、化学、医学、生物学、材料学、控制科学、生物医学工程等背景的师生围坐一桌，从各自视角碰撞出创新的火花。

推动智能药物从概念走向临床，也需要汇聚全球智慧。实验室里穿梭着来自世界各地的面孔——美国、英国、意大利、新加坡等国的本科生、研究生和博士后，他们与浙大师生一起在前沿领域共同攻关。

从声波响应的材质智能，到模拟胰腺的生物智能，再到无人机靶向急救的人工智能——智能药物从“被动起效”走向“主动感知、决策与执行”，从“千人一药”走向“个性化定制”。

从跟跑到并跑，再到领跑——浙江大学正以“智能药物与器械”这一特色方向，回应国家战略，服务人民健康，书写属于中国医药技术的未来篇章。

 

 

 

 

来源：浙江大学融媒体中心