Nature | 深圳先进院研发可个性化适配的新型磁流体机器人 为左心耳封堵带来全新方案

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针对这一临床难题，北京时间3月5日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所徐天添团队联合中国医学科学院阜外医院潘湘斌团队，在《自然》发表最新研究。合作团队首次研发出了一种可个性化适配所有左心耳类型的磁流体机器人（Magnetofluids），并提出了一种基于液体的心脏左心耳封堵的技术体系。

该研究首次解决了心脏左心耳血栓治疗中面临的“封堵周围漏、器械相关性血栓、心肌损伤、内皮化不完全”等核心痛点，实现了在猪模型上超过10个月的稳定封堵，颠覆了目前临床上使用的基于金属封堵器的封堵手段，标志着左心耳封堵技术从“固体适配”迈向“流体完全封堵”的全新阶段。

磁流体左心耳封堵术示意及封堵效果展示。深圳先进院供图

该研究中，深圳先进院研究员徐天添、吴新宇，阜外医院主任医师潘湘斌、王首正为论文共同通讯作者；浙医二院经血管植入器械研究院特聘研究员王姝（原徐天添团队博士后），阜外医院助理研究员鞠文浩、博士后庄东林，中国科学技术大学博士生陈哲诚（原徐天添团队硕士），深圳湾实验室研究员赵东良为论文共同第一作者。深圳先进院为该研究第一单位。

心脏左心耳是左心房向外延伸的狭长管状结构，具有调节左心房压力、储存血液、参与凝血、维持心脏功能等作用，其内壁凹凸不平的结构易导致血流堵塞，是房颤患者血栓形成的主要原因。

磁流体左心耳封堵体外实验过程

而对于无法使用口服抗凝药的房颤患者来说，左心耳封堵术是降低其中风风险的关键治疗手段。

现有的封堵技术长期面临两大核心挑战：一方面，现有的金属封堵器质地坚硬，需刺破心肌壁才能固定，易导致封堵器周围漏、器械相关性血栓和心肌损伤，硅胶等软封堵器需要过度扩张才能封堵，易破坏心脏内血流动力学；另一方面，左心耳内部布满小梁间隙，不同患者的左心耳形态千差万别，固体封堵器难以完全适配，未封堵的死角仍可能形成血栓，导致患者中风。

一直以来，徐天添团队深耕磁控微型机器人技术。该项技术作为先进制造的前沿技术，凭借无线操控、微创介入、精准靶向等优势，成为解决微创介入诊疗临床痛点的重要方向。团队常年与多个临床团队积极开展合作，致力于通过磁控技术实现临床难题的突破。

2023年11月的一天，徐天添团队正在围绕原位固化的磁流体机器人展开实验，恰逢潘湘斌团队来访交流。徐天添团队在交流中了解到了左心耳封堵的临床难题。

“普通流体材料难以对抗血流冲刷和心跳挤压，难以实现安全封堵，如果利用磁流体这类新型材料，巧妙地利用外磁场作用以及本身的自适应塑形能力，或许能克服解决左心耳封堵的临床难题。”徐天添说道。

潘湘斌团队研发的超声引导介入技术体系可以实时显示心脏内部结构，为植入磁流体，提供了关键引导路径。双方一拍即合，迅速开展实验研究。

团队在离体猪上完成初步验证后，对初版磁流体的磁性、流动性、固定性等方面进行了改进和优化，最终研发出了一款新型磁流体机器人。该机器人可以经心脏介入导管进入左心耳中，在磁力牵引下，能成功对抗高速血流和剧烈心跳带来的干扰。与血液接触后，它能快速原位固化，继而形成完全贴合左心耳形状的磁凝胶，对出血部位完全封堵。

 “从研究设想到实验落地，再到论文投稿、返修、上线，整个过程持续了两年多的时间。”论文共同第一作者王姝回忆。

在研发过程中，团队发现磁流体机器人在临床上实现左心耳封堵还存在诸多挑战。为此，他们以钕铁硼颗粒为磁响应材料，乙烯-乙烯醇共聚物的二甲基亚砜溶液为基载液，通过仿真、体外实验确认合适的磁铁及覆盖位置，并创新地通过聚乙烯醇粉末调控磁流体，以促进心内膜的生长。团队通过聚焦临床实际需求，构建起了完善的磁流体左心耳封堵技术体系，填补了该领域内的技术空白。

此外，由于大鼠无法实施介入手术，需开胸后直接注射封堵，对科研人员的操作精度要求极高；在猪模型验证实验中，猪与犬体型、生理结构迥异，需格外注意磁场摆放位置、磁流体固化时间，每次实验都要进行充分的术前评估、反复预演。两年多的时间里，研究团队常常在深圳、北京两地多次往返，彻夜讨论、通宵实验成为了研究工作的常态。

磁流体磁响应效果测试中。阜外医院供图

验证效果显示，这一新型磁流体机器人对左心耳的封堵效果优于作为临床最广泛使用的传统金属封堵器。

研究人员在8头巴拿马猪、30只SD大鼠，以及比格犬的跨物种验证中发现，该材料在实验动物介入手术中无明显出血和心率异常。3D重建显示，新型磁流体机器人能够彻底封堵左心耳血栓，适用于各种复杂形态的左心耳。磁流体机器人在猪模型上植入2至10个月后，固化后的磁凝胶表面可形成光滑完整的心内膜，解剖学显示，无器械相关性血栓形成和心肌损伤，为团队提出的磁流体封堵术的有效性和安全性提供了有力支撑。

审稿人对该成果评价道，该研究将为左心耳封堵术确立全新策略基础，有望解决现有器械面临的诸多问题。

DSA(数字减影血管造影)拍摄的巴马猪体内磁流体左心耳封
堵实验过程。深圳先进院供图

中国心房颤动管理指南（2025）指出，全球房颤患者人数约为5970万例。其中相当比例的患者因左心耳形态复杂、高龄、出血风险高等因素，无法耐受传统金属封堵器的植入。现有的金属封堵器即使有不同的型号，也难以完全适配临床上复杂形态的左心耳。研究团队提出的新型磁流体封堵术有望为临床上左心耳封堵术的实施策略带来新思路。

徐天添表示，该研究开创了左心耳血栓“液体封堵”的介入治疗新模式，为复杂腔隙的完全封堵提供了新范式，是一次工程科学与医学交叉结合的成功案例。

潘湘斌表示，该研究解决了传统封堵技术的核心痛点，为房颤患者，尤其是左心耳形态复杂、无法耐受传统封堵器的患者提供了更安全、长效的卒中预防方案，可减少二次手术风险和医疗成本。

未来，研究团队将进一步围绕左心耳封堵后磁凝胶表面内皮的生成机制，以及更长期的安全性方面展开探索，并推动该新型磁流体向临床应用进行转化。