Collaborative Research: Integrated Swimming Microrobots for Intravascular Neuromodulation

合作研究:用于血管内神经调节的集成游泳微型机器人

基本信息

  • 批准号:
    2325000
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Electrical stimulation of nervous systems via blood vessels is an emerging technique to relieve many chronic conditions, including paralysis, arthritis, Parkinson’s disease, obesity, etc., without requiring major surgery. The technology is still in its infancy and uses stimulation electrodes attached to an external apparatus, which limits deeper access to the brain and spinal cord. Instead, microrobots, unattached to an external apparatus, swimming in blood vessels via remote guidance and wireless power may ease access to harder-to-reach areas in the human body and perform stimulation or deliver drugs. This award aims to study the feasibility of using sound waves to move microrobots in blood vessels. Especially, the award will model mechanisms of harnessing the sound waves to move the microrobots, deliver drugs, and harvest energy. If feasible, these microrobots would deliver drugs and allow wireless electrical stimulation of neurons deeper inside the body. Microrobots with these capabilities would eventually benefit millions of people who have upper motor neuron lesions or brain disorders such as Parkinson, depression, epilepsy, etc., without the need to undergo expensive surgery, and thus minimizing the risk of infections from protruding wires. The proposed research plan also integrates outreach activities at a local museum and a planetarium.The project will design and validate the microrobots with swimming, remote drug delivery, and neuromodulation capabilities to achieve the goal. The first aim of this award is to investigate currently unknown acoustic mechanisms that use encapsulated air bubbles to enable propulsion of the microrobot in a fluid, remote drug release, and harvest energy. The second aim will create data-driven models that capture the acoustic mechanisms of mobility and stimulation current. Further data-driven controllers will be derived to enable microrobots to reach desired targets. Finally, in third aim, the microrobot’s ability to swim to a target and intravascular neuromodulation in a larger animal model will be validated.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
通过血管对神经系统的电刺激是一种新兴技术,可挽救许多慢性病,包括瘫痪,关节炎,帕金森氏病,肥胖等,而无需进行大手术。该技术仍处于起步阶段,并使用附着在外部设备上的刺激电极,从而限制了更深入地进入大脑和脊髓。取而代之的是,与外部设备无关的微型机器人通过远程指导和无线功率在血管中游泳,可以轻松地进入人体中难以到达的区域并进行刺激或输送药物。该奖项旨在研究使用声波在血管中移动微型机器人的可行性。特别是,该奖项将建模利用声波移动微型机器人,提供药物和有害能量的机制。如果可行,这些微型机器人将提供药物,并允许对体内更深的神经元进行无线电气模拟。具有这些能力的微型机器人最终将使数百万患有上运动神经元病变或脑部疾病(例如帕金森氏症,抑郁症,癫痫等)的人受益,而无需进行昂贵的手术,从而最大程度地减少了突起的电线感染风险。拟议的研究计划还集成了当地博物馆和天文馆的外展活动。该项目将通过游泳,远程药物输送和神经调节功能设计和验证微型机器人,以实现目标。该奖项的第一个目的是研究目前未知的声学机制,这些机制使用封装的气泡在流体,远程药物释放和收获能量中促进微型机器人的推进。第二个目标将创建数据驱动的模型,以捕获移动性和刺激电流的声学机制。将得出更多数据驱动的控制器,以使微型机器人能够达到所需的目标。最后,在第三个目标中,将验证微型机器人在更大的动物模型中游泳到目标和血管内神经调节的能力。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响标准通过评估来诚实地支持。

项目成果

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  • 通讯作者:
    Dongho Kim

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