在经皮介入手术中，为了深入人体内部目标区域并最大限度减少组织损伤与患者疼痛，医生通常需要使用长而细的针头。然而，当这类高长径比结构被推入固体基质时，极易发生屈曲（buckling），导致手术精度下降甚至损伤周围组织。荷兰研究团队近日在《Scientific Reports》发表研究，成功开发并验证了一种仿生自推进机制，有效解决了超细针头在深层组织中的屈曲难题。
该研究团队设计了一系列直径小于1毫米、长度超过200毫米的多元素针头。其核心创新在于模仿昆虫产卵器（ovipositor）的运动机制：针头由多股细丝组成，通过逐根向前推进、随后同步向后拉回的循环动作，在基质中实现自推进。这种机制使得净推进力极低，针头能够在不依赖外部大推力的情况下自行深入组织，从而避免了传统推入方式导致的屈曲风险。
研究团队构建了三种原型针头进行测试：由六根0.25毫米镍钛合金丝组成的原型、三根0.25毫米镍钛合金丝组成的原型，以及六根0.125毫米镍钛合金丝组成的原型。实验在单层和多层组织模拟凝胶中进行，结果显示所有原型均能在不同硬度和层数的凝胶中向前移动而未发生屈曲。其中，由六根0.25毫米丝组成的原型表现最佳，其在凝胶中的滑移量最小，证明了增加丝线数量和直径有助于提升推进稳定性。
该研究不仅验证了仿生机制在超细针头中的可行性，还系统评估了针头设计参数（如丝线数量、直径）与基质特性（如硬度、层数）对运动性能的影响。研究指出，通过交替推进机制，可以将针头的有效支撑长度保持在极短范围内，从而显著提高临界屈曲载荷。此外，这种设计允许将光学纤维等功能元件集成到针头中，为开发多功能微创手术器械提供了新思路。
对于中国医疗器械行业而言，这一技术突破展示了通过仿生学原理解决传统工程难题的巨大潜力，特别是在微创介入手术机器人领域，此类自推进机制有望提升国产高端手术器械的精准度与安全性，值得相关研发机构重点关注。
