如何用細(xì)菌大小的微型機(jī)器人治??？

 當(dāng)今，人類已經(jīng)創(chuàng)造出了許多各式各樣的仿生機(jī)器人。但是對于那些肉眼無法觀察到的微納尺度機(jī)器人，人類的能力需要進(jìn)一步加強(qiáng)。32歲的李金星著迷于顯微鏡下的世界，首次使用細(xì)菌大小的微型機(jī)器人進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)治病。

近期，《麻省理工科技評論》第19屆全球“35歲以下科技創(chuàng)新35人”榜單揭曉，斯坦福大學(xué)博士后研究員李金星憑借在微納機(jī)器人領(lǐng)域的創(chuàng)新，入圍“先鋒者”類別，成為上榜的8位華人之一。

《麻省理工科技評論》提到，他設(shè)計(jì)的外觀類似火箭的微型機(jī)器人，可以在活體動(dòng)物的腸道中運(yùn)行，并在完成任務(wù)后自行降解。

因?yàn)闃?gòu)成生命的基本單元細(xì)胞的尺寸都在微米納米尺度，微納機(jī)器人的出現(xiàn)將革新人類未來的醫(yī)療方式。

每年，全球有35位35歲以下的“世界杰出青年創(chuàng)新家”入選這個(gè)榜單。以往的獲獎(jiǎng)?wù)甙槙鴦?chuàng)始人扎克伯格，谷歌創(chuàng)始人Larry Page，蘋果首席設(shè)計(jì)師Jony Ive，基因編輯技術(shù)主要發(fā)明人張鋒等。在今年的榜單中，有人使用創(chuàng)新方法治療疾病、對抗在線騷擾，也有人通過人工智能技術(shù)理解神經(jīng)紊亂、創(chuàng)造更加宜居的城市。

李金星來自湖北黃岡，在華中科技大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)分別完成電子工程本科和碩士學(xué)業(yè)后，他赴美國加州大學(xué)圣地亞哥分校留學(xué)，成為了美國第一批納米工程學(xué)博士。博士階段，他潛心研究如何讓各種細(xì)菌尺度的“小東西”動(dòng)起來，設(shè)計(jì)出許多微型機(jī)器人，正是這段經(jīng)歷讓他入圍全球“35歲以下科技創(chuàng)新35人”榜單。目前，李金星在斯坦福大學(xué)擔(dān)任博士后研究員。

微納機(jī)器人是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新課題，有著廣泛的應(yīng)用前景，例如靶向遞藥、小型手術(shù)、毒素清除、疾病檢測等。微納機(jī)器人的直徑在幾微米左右，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十分之一甚至更小。

包覆抗生素的微米鎂球

與通常意義上的機(jī)器人不同，微納機(jī)器人不靠電池驅(qū)動(dòng)——畢竟那樣小尺度的電池還沒有被生產(chǎn)出來。李金星介紹，大概有十幾種方法可以讓微納機(jī)器人動(dòng)起來，其中主要的兩種是通過化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)和利用磁場驅(qū)動(dòng)。

鎂球機(jī)器人采用的就是化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)法，它可以用于靶向遞藥，通過緩慢釋放抗生素的方式治療胃部金黃葡萄球菌的感染。

李金星與合作者選取能與胃液反應(yīng)、直徑“僅為發(fā)絲十分之一”的鎂球，在其上包覆一層可溶于胃酸的聚合物，并將抗生素混合其中，由此制成鎂球機(jī)器人。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，他們在患有胃感染的小鼠胃部置入重兩毫克、數(shù)量約為十萬個(gè)的鎂球機(jī)器人。進(jìn)入胃部之后，鎂與胃酸通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣泡，推動(dòng)鎂球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。由于鎂球外層的聚合物具有疏水性，機(jī)器人更容易吸附在胃壁上。吸附之后，聚合物在胃壁上逐漸溶解，緩慢釋放出混合在其中的抗生素來治療感染。

李金星介紹，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，“使用鎂球機(jī)器人遞送抗生素的消炎效率比直接服用抗生素高出六倍以上”。

他認(rèn)為，這類靶向遞藥機(jī)器人的藥效更長，既可以增加治愈率，又可以降低藥物的服用頻率，幫助減少抗生素濫用現(xiàn)象。