微型機器人可以通過允許醫(yī)生訪問人體內(nèi)部的特定區(qū)域而無需高度侵入性的程序，從而在醫(yī)學領(lǐng)域帶來新的創(chuàng)新浪潮。這些微型機器人除其他外，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)療狀況開辟了新的可能性。

蘇黎世聯(lián)邦理工學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發(fā)了受生物微泳(例如細菌或精子)啟發(fā)的微米和納米級機器人。這些小型機器人在《自然機械智能》上發(fā)表的論文中提出，具有上游運動的能力，這實質(zhì)上意味著它們可以在與流體(例如血液)流動相反的方向上自主移動。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，我們多學科研究中討論的想法可以通過實現(xiàn)諸如靶向或精確遞送藥物或基因以及促進非侵入性手術(shù)等任務來改變醫(yī)學的許多方面。” ，告訴TechXplore。

艾哈邁德(Ahmed)和他的同事開發(fā)的具有生物啟發(fā)性的無線微/納米系統(tǒng)，利用壁的防滑邊界條件向上游移動，以響應外部觸發(fā)的聲場和磁場。通過逆著血流向上游游泳，這些機器人可以用來將小的藥物分子傳遞到體內(nèi)特別難以到達的部位。

艾哈邁德說：“外場感應機器人是一個吸引人的概念，因為它們不需要車載電源或復雜的運動部件，這意味著它們可以縮小到納米級的分辨率。” “此外，聲場和磁場對人體都是安全的，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。”

通過結(jié)合聲場和磁場，研究人員設計的機器人系統(tǒng)可以幫助克服在其他基于單驅(qū)動技術(shù)的人工微游泳器中觀察到的一些問題。此外，由于微型/納米機器人對身體外部施加的電場做出反應，因此不需要車載電源或高度復雜且昂貴的組件。

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

迄今為止，在醫(yī)學中使用微型或納米級機器人受到了限制，特別是在血管系統(tǒng)(即血液和淋巴通過其遍及全身的血管)內(nèi)。原因之一是，在血管系統(tǒng)中操作的機器人應易于以非侵入性方式進行控制，并且應能夠沿與血液流動相反的方向運動，到目前為止，這兩個特征已經(jīng)證明很難實現(xiàn)。

艾哈邁德(Ahmed)和他的同事開發(fā)的新機器人系統(tǒng)具有這兩種特性，因為它具有上游運動的能力，并通過外部施加的聲磁場進行控制。因此，在將來，這項最新研究可能會開辟新的令人興奮的可能性，以進行有針對性的手術(shù)或通過血管系統(tǒng)將物質(zhì)輸送到體內(nèi)的特定部位。

艾哈邁德說：“在小動物模型(例如大鼠，小鼠和斑馬魚)中，血流速度在幾毫米-1的范圍內(nèi)。” “我們現(xiàn)在計劃將我們的群體微機器人系統(tǒng)與適當?shù)某上穹绞较嘟Y(jié)合，以可視化和導航小動物體內(nèi)的機器人。能夠逆流流動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會。”

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