加州理工学院 一位艺术家对肠道内微型机器人的插图
信用:加州理工 针对患病身体部位的医疗是一种和医学一样古老的实践
一个创可贴被放在一个有皮的膝盖上
水滴进入发痒的眼睛
断臂入石膏
但是我们经常感到痛苦的是身体内部，而且不容易触及
在这种情况下，可能需要手术或化疗等治疗
加州理工学院工程和应用科学系的两名研究人员正在研究一种全新的治疗形式——微型机器人，它可以将药物输送到体内的特定部位，同时受到体外的监测和控制
“微型机器人的概念真的很酷，因为你可以把微型机械带到你需要的地方，”加州理工学院医学工程和电气工程布伦教授王力宏说
“可能是药物输送，也可能是预先设计的显微手术
" 微型机器人是王和医学工程助理教授魏高的联合研究项目，用于治疗消化道肿瘤
微型机器人由涂有金和聚对二甲苯薄层的镁金属微小球体组成，聚对二甲苯是一种抗消化的聚合物
这些层让球体的圆形部分露出来，有点像舷窗
镁的未覆盖部分与消化道中的液体反应，产生小气泡
气泡流就像一股射流，推动球体向前，直到它与附近的组织碰撞
镁制球形微型机器人可以自己变焦，这可能很有趣，但它们并不是特别有用
为了把它们从一种新奇的东西变成一种运送药物的工具，王和对它们进行了一些改装
首先，一层药物被夹在单个微球和它的聚对二甲苯涂层之间
然后，为了保护微型机器人免受胃部恶劣环境的影响，它们被包裹在石蜡制成的微胶囊中
在这个阶段，球体能够携带药物，但仍然缺乏将药物输送到所需位置的关键能力
为此，王和高使用了光声计算机断层扫描(PACT)，这是一种由王开发的利用红外激光脉冲的技术
红外激光通过组织扩散，并被红细胞中携带氧气的血红蛋白分子吸收，导致分子超声振动
这些超声波振动被压在皮肤上的传感器拾取
来自这些传感器的数据被用来创建身体内部结构的图像
此前，王已经表明，PACT的变异可以用来识别乳腺肿瘤，甚至个别癌细胞
对于微型机器人来说，这项技术有两项工作
首先是成像
通过使用PACT，研究人员可以找到消化道中的肿瘤，并跟踪微型机器人的位置，微型机器人在PACT图像中显示得很明显。
一旦微型机器人到达肿瘤附近，就会使用高功率连续波近红外激光束来激活它们
因为微型机器人对红外光的吸收如此强烈，所以它们会短暂升温，融化周围的蜡囊，并将其暴露在消化液中
此时，微型机器人的气泡喷射激活，微型机器人开始群集
喷气式飞机是不可操纵的，所以这项技术是一种猎枪方法——微型机器人不会全部击中目标区域，但许多会
当他们这样做的时候，他们会粘在水面上，开始释放他们的药物载荷
“这些微电机可以穿透消化道的粘液，并在那里停留很长时间
这改善了药物输送，”高说
“但是因为它们是由镁制成的，所以它们是生物相容和可生物降解的
" 动物模型试验表明，微型机器人的性能符合预期，但高和王表示，他们计划继续推进这项研究
“我们展示了这样一个概念，你可以到达患病区域并激活微型机器人，”高说
“下一步是评估它们的治疗效果
" 高还表示，他希望开发出可以在身体其他部位运行的微型机器人的变体，并配备不同类型的推进系统
王说，他的目标是改善他的PACT系统与微型机器人的相互作用
它使用的红外激光很难到达身体的更深处，但他说应该有可能开发出一种可以穿透更远的系统
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