可用于抗癌？細菌混合微型機器人可在體內(nèi)遞送藥物

德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的科學(xué)家將機器人技術(shù)與生物學(xué)相結(jié)合，為大腸桿菌配備人工組件，構(gòu)建出生物混合機器人，未來有望執(zhí)行抗癌任務(wù)。相關(guān)研究刊發(fā)于最新一期《科學(xué)進展》雜志?！y帶納米脂質(zhì)體和磁性納米粒子的細菌混合微型機器人。

具體來講，微型機器人主體為微型鎂金屬球(直徑約20um)，表面鍍了一層薄薄的金屬金和聚對二甲苯(可以抵抗消化)的。金屬球表面留有圓形部分未被覆蓋，這部分裸露的金屬鎂與消化道中的流體反應(yīng)，產(chǎn)生小氣泡。氣泡流像噴射器一樣向前推動球體，直到它與附近的組織碰撞。

如果僅僅是這樣的一個小機器人，則只能稱其為“光桿司令”。它被創(chuàng)造出來的使命，是對抗消化道的腫瘤組織。小機器人需要將士——藥物為它上陣殺敵。怎么帶領(lǐng)藥物這個能兵強將呢?

目前，光學(xué)成像由于其高時空分辨率和分子對比而被廣泛用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。然而，將傳統(tǒng)光學(xué)成像應(yīng)用于深部組織，受到了強光學(xué)散射的阻礙，這抑制了超出光擴散極限的高分辨率成像(深度約1至2mm)。幸運的是，光聲斷層掃描(PAT)探測光子引起的超聲波，在深度遠遠超過光學(xué)擴散極限的情況下，實現(xiàn)了高分辨率成像。在PAT中，由組織內(nèi)的發(fā)色團吸收的光子能量被轉(zhuǎn)換為聲波，隨后被檢測以產(chǎn)生具有光學(xué)對比度的高分辨率斷層圖像。利用軟組織中可忽略不計的聲散射，PAT在深處獲得了極好的空間分辨率。作為PAT的進階版，PA計算機斷層掃描(PACT)有著高時空分辨率、深度穿透(體內(nèi)48 mm組織穿透)。憑借這些優(yōu)勢，PACT有望在體內(nèi)實現(xiàn)微電機的實時導(dǎo)航，適用于廣泛的應(yīng)用，特別是藥物輸送。

微型機器人的發(fā)展依賴于微加工工藝、微傳感器、微驅(qū)動器和微結(jié)構(gòu)四個方面。這四個方面的基礎(chǔ)研究有三個階段：器件開發(fā)階段、部件開發(fā)階段、裝置和系統(tǒng)開發(fā)階段。現(xiàn)已研制出直徑20微米、長150微米的鉸鏈連桿，200微米×200微米的滑塊結(jié)構(gòu)，以及微型的齒輪、曲柄、彈簧等。貝爾實驗室已開發(fā)出一種直徑為400微米的齒輪，這種發(fā)明使用在一張普通郵票上可以放6萬個齒輪和其他微型器件。德國卡爾斯魯核研究中心的微型機器人研究所，研究出一種新型微加工方法，這種方法是X射線深刻蝕、電鑄和塑料膜鑄的組合，深刻蝕厚度是10~1000微米。

美國一家中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療初創(chuàng) Bionaut Labs 在近日浮出水面，該公司正在開發(fā)毫米級機器人 ，可用其搭載藥物，并通過遠程控制將機器人引導(dǎo)至患處、卸載藥物。目前該技術(shù)已在動物體內(nèi)進行了測試，未來將用于人類疾病的治療。近日，Bionaut Labs 宣告已經(jīng)獲得 2000 萬美元 A 輪融資，值得注意的是，本輪融資由硅谷著名科技風(fēng)險投資機構(gòu)科斯拉風(fēng)投 Khosla Ventures 領(lǐng)投。該公司會在其首次臨床試驗中把裝載著治療藥物的微型機器人注射到脊柱中，并使用一組位于頭部和頸部周圍的磁鐵產(chǎn)生的磁場將機器人引導(dǎo)進入腦部患病區(qū)域。在到達正確的位置后，另一個磁信號將激活機器人藥物艙的開關(guān)，釋放藥物。藥物卸載后，醫(yī)生再引導(dǎo)機器人返回至起始點，將其從脊柱處接離。

微型機器人結(jié)構(gòu)尺寸微小，器件精密，可進行微細操作，具有小慣性、快速響應(yīng)、高諧振頻率、高附加值等特點。然而微型機器人并不是簡單意義上普通機器人的微小化，而是集成有傳感、控制、執(zhí)行和能量的單元，是機械、電子、材料、控制、計算機和生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科技術(shù)的交叉融合。材制造又稱3D打印技術(shù)，它摒棄了傳統(tǒng)加工工藝過程復(fù)雜、成本高、難度大等特點，能夠快速、靈活設(shè)計各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。而高精密微納3D打印技術(shù)又成為微型機器人不可或缺的手段。