微型機(jī)器人可以通過(guò)允許醫(yī)生訪(fǎng)問(wèn)人體內(nèi)部的特定區(qū)域而無(wú)需高度侵入性的程序，從而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)新的創(chuàng)新浪潮。這些微型機(jī)器人除其他外，還可以用于將藥物，基因或其他物質(zhì)攜帶到體內(nèi)的特定部位，從而為治療不同的醫(yī)療狀況開(kāi)辟了新的可能性。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和亥姆霍茲研究所埃爾蘭根-紐倫堡可再生能源研究所的研究人員最近開(kāi)發(fā)了受生物微泳(例如細(xì)菌或精子)啟發(fā)的微米和納米級(jí)機(jī)器人。這些小型機(jī)器人在《自然機(jī)械智能》上發(fā)表的論文中提出，具有上游運(yùn)動(dòng)的能力，這實(shí)質(zhì)上意味著它們可以在與流體(例如血液)流動(dòng)相反的方向上自主移動(dòng)。這使得它們特別有希望介入人體內(nèi)部。

最新論文的主要作者丹尼爾·艾哈邁德(Daniel Ahmed)表示：“我們相信，我們多學(xué)科研究中討論的想法可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)諸如靶向或精確遞送藥物或基因以及促進(jìn)非侵入性手術(shù)等任務(wù)來(lái)改變醫(yī)學(xué)的許多方面。” ，告訴TechXplore。

艾哈邁德(Ahmed)和他的同事開(kāi)發(fā)的具有生物啟發(fā)性的無(wú)線(xiàn)微/納米系統(tǒng)，利用壁的防滑邊界條件向上游移動(dòng)，以響應(yīng)外部觸發(fā)的聲場(chǎng)和磁場(chǎng)。通過(guò)逆著血流向上游游泳，這些機(jī)器人可以用來(lái)將小的藥物分子傳遞到體內(nèi)特別難以到達(dá)的部位。

艾哈邁德說(shuō)：“外場(chǎng)感應(yīng)機(jī)器人是一個(gè)吸引人的概念，因?yàn)樗鼈儾恍枰?chē)載電源或復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)部件，這意味著它們可以縮小到納米級(jí)的分辨率。” “此外，聲場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)人體都是安全的，是非侵入性的，可以深入人體內(nèi)部，并且在臨床環(huán)境中得到了很好的發(fā)展。”

通過(guò)結(jié)合聲場(chǎng)和磁場(chǎng)，研究人員設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)可以幫助克服在其他基于單驅(qū)動(dòng)技術(shù)的人工微游泳器中觀察到的一些問(wèn)題。此外，由于微型/納米機(jī)器人對(duì)身體外部施加的電場(chǎng)做出反應(yīng)，因此不需要車(chē)載電源或高度復(fù)雜且昂貴的組件。

艾哈邁德解釋說(shuō)：“通常情況下，注射的微小藥物會(huì)跟隨脈管系統(tǒng)的血液，而對(duì)循環(huán)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有控制。” “然而，最近的發(fā)現(xiàn)表明，許多自然發(fā)生的微游生物，例如細(xì)菌和精子，通過(guò)利用壁的防滑邊界條件而表現(xiàn)出對(duì)水流的推進(jìn)作用。由于壁的速度最小，因此上游運(yùn)動(dòng)成為可能。”

迄今為止，在醫(yī)學(xué)中使用微型或納米級(jí)機(jī)器人受到了限制，特別是在血管系統(tǒng)(即血液和淋巴通過(guò)其遍及全身的血管)內(nèi)。原因之一是，在血管系統(tǒng)中操作的機(jī)器人應(yīng)易于以非侵入性方式進(jìn)行控制，并且應(yīng)能夠沿與血液流動(dòng)相反的方向運(yùn)動(dòng)，到目前為止，這兩個(gè)特征已經(jīng)證明很難實(shí)現(xiàn)。

艾哈邁德(Ahmed)和他的同事開(kāi)發(fā)的新機(jī)器人系統(tǒng)具有這兩種特性，因?yàn)樗哂猩嫌芜\(yùn)動(dòng)的能力，并通過(guò)外部施加的聲磁場(chǎng)進(jìn)行控制。因此，在將來(lái)，這項(xiàng)最新研究可能會(huì)開(kāi)辟新的令人興奮的可能性，以進(jìn)行有針對(duì)性的手術(shù)或通過(guò)血管系統(tǒng)將物質(zhì)輸送到體內(nèi)的特定部位。

艾哈邁德說(shuō)：“在小動(dòng)物模型(例如大鼠，小鼠和斑馬魚(yú))中，血流速度在幾毫米-1的范圍內(nèi)。” “我們現(xiàn)在計(jì)劃將我們的群體微機(jī)器人系統(tǒng)與適當(dāng)?shù)某上穹绞较嘟Y(jié)合，以可視化和導(dǎo)航小動(dòng)物體內(nèi)的機(jī)器人。能夠逆流流動(dòng)的能力可以為在腫瘤脈管系統(tǒng)的靶向治療中提供令人興奮的機(jī)會(huì)。”

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