针对身体不适的部位进行医疗治疗是一种与医学本身一样古老的做法。将创可贴放在皮肤膝盖上。滴眼液发痒。一条破碎的手臂进入演员表。
但是经常让我们陷入困境的是身体内部并且不容易触及。在这种情况下，可能需要进行手术或化疗等治疗。加州理工学院工程与应用科学系的一对研究人员正致力于一种全新的治疗形式 - 微型机器人可以将药物输送到体内特定部位，同时从体外进行监测和控制。
“微机器人概念真的很酷，因为你可以将微机械设备带到你需要的地方，”加州理工学院医学工程和电气工程学院教授Lihong Wang说。 “它可能是药物输送，也可能是预先设计的显微外科手术。”
微机器人是王医生和医学工程助理教授高伟的联合研究项目，旨在治疗消化道肿瘤。
微型机器人由涂有薄金层和聚对二甲苯的微观镁金属球组成，这是一种抵抗消化的聚合物。这些层留下球体的圆形部分未被覆盖，有点像舷窗。未覆盖的镁部分与消化道中的流体反应，产生小气泡。气泡流像喷射器一样向前推动球体，直到它与附近的组织碰撞。
就其自身而言，可以放大的镁球形微型机器人可能很有趣，但它们并不是特别有用。为了将他们从一种新奇事物变成一种用于提供药物的载体，王和高对他们进行了一些修改。
首先，将一层药物夹在单个微球体和其聚对二甲苯涂层之间。然后，为了保护微型机器人免受胃的恶劣环境的影响，它们被包裹在由石蜡制成的微胶囊中。
在这个阶段，球体能够携带药物，但仍缺乏将它们运送到所需位置的关键能力。为此，Wang和Gao使用光声计算机断层扫描（PACT），这是Wang开发的一种使用红外激光脉冲的技术。
红外激光通过组织扩散，被红细胞中的携氧血红蛋白分子吸收，导致分子超声振动。那些超声波振动由压在皮肤上的传感器拾取。来自这些传感器的数据用于创建身体内部结构的图像。
此前，Wang已经证明PACT的变异可用于鉴别乳腺肿瘤，甚至个体癌细胞。关于微机器人，该技术有两个工作。首先是成像。通过使用PACT，研究人员可以在消化道中找到肿瘤并跟踪微机器人的位置，这些位置在PACT图像中强烈显示。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激活它们。由于微型机器人如此强烈地吸收红外光，它们会短暂地加热，使周围的蜡胶囊熔化，并将它们暴露在消化液中。那时，微型机器人的泡泡喷射器激活，微型机器人开始蜂拥而至。喷气机是不可操纵的，所以这种技术有点像霰弹枪的方法 - 微型机器人不会全部击中目标区域，但许多人会这样做。当他们这样做时，他们坚持到表面并开始释放他们的药物有效负载。
“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。这可以改善药物输送，”高说。 “但因为它们是由镁制成的，所以它们具有生物相容性和可生物降解性。”
动物模型中的测试显示，微型机器人的表现与预期一致，但高和王表示，他们计划继续推进研究。
“我们展示了你可以到达患病区域并激活微机器人的概念，”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，以及不同类型的推进系统。
Wang说他的目标是改善他的PACT系统与微机器人的交互方式。它使用的红外激光很难进入身体的更深处，但他说应该有可能开发出可以进一步穿透的系统。
描述微机器人研究的论文题为“由光声断层扫描引导的体内肠道靶向导航的微小病变系统”，发表在7月24日出版的“科学机器人”杂志上。其他合着者包括加州理工学院的Zhiguang Wu，Lei Li，Yiran Yang（MS '18），Yang Li和So-Yoon Yang;和圣路易斯华盛顿大学的彭虎。该研究的资金由美国国立卫生研究院和加州理工学院的Donna和Benjamin M. Rosen生物工程中心提供。
——文章发布于2019年7月25日
