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  1. 科技改變醫療 | 逆天了:可以行走于體內,全球最小的機器人

    2020/04/09

    1966年著名作家艾薩克·阿西莫夫出版了一部著名的科幻小說《夢幻旅行》,講述了通過科學手段把人縮小到了細胞大小,在人體內經歷了夢幻般的冒險。這部小說啟發了很多科學家,雖然我們很難把真人縮小到細胞大小,但制作一個微型機器人代替人類進入體內完成作業還是完全可行的。所以一直以來,微型機器人、軟體機器人成為科學研究的熱點,我們都期盼機器人能聽從指揮的到達人體指定位置,在對人體危害最小的情況下遞送藥物或者切除病變組織。日前,英國著名期刊《Nature》上便發布了一款由德國馬普智能系統研究所研制的磁控軟體機器人,或許它能為人類研究體內微型機器人提供新思路。


    磁控軟體機器人

    這是一段長3.7毫米、寬1.5毫米、厚185微米的長方體機器人。別小看這個外表上看起來黑乎乎的小方片,它能在磁場的控制下,像軟體動物一樣完成各種指定動作。比如在水下或水面游泳、卷成圓圈滾動、跳過障礙物、在細管中爬行,靈活切換各種運動形式等。



    這款機器人的主體材料為硅膠,內嵌具有磁性的汝鐵硼微顆粒,顆粒的平均直徑為5微米。機器人表面是防水的,也可以被處理成生物相容材料。

    由于這款機器人具有可控性,所以它能在人類的控制下完成裝貨、運貨和卸貨的操作,未來可以應用于人類人靶向藥物的運輸。

    這款機器人能夠適用于不同地形表現在很多方面,比如在通過狹小空間時,它能像毛毛蟲一樣產生波形震動,爬進去。

    此外遇到比較高的障礙物時,還可以選擇跳躍的方式??傊疄榱孙@示該軟體機器人在各種不規則環境中的工作能力,研究人員讓機器人開啟了多種運動模式探索水陸雙棲場景和人類胃部模型,并額外完成了抓取物體、定向轉移的任務。

    2018年美國結直腸外科醫師學會(ASCRS)科學年會,于當地時間5月19~23日,在美國田納西州首府納什維爾市如期舉行。該會議是世界范圍內結直腸領域的盛會。從會議日程設置就可以窺見機器人手術技術在結直腸外科領域的熱門程度——為期5天的會議有3天涉及機器人手術“專場”。

    學術界希望讓這種小型化的機器人通過人體的一個很小的開口進入,比如在心血管系統中,可以直接注射到血管里面,讓它直接作用到希望的位置,進行治療?!氨热缦泪t生,他們希望將這個小機器人做成像海綿一樣的結構,也就是在我們現在的基礎上,有一些吸附能力,將藥物吸進去,通過運動,進入到胃里或者消化道?!?/p>


    目前,關于機器人在醫療界中的應用研究,主要集中在外科手術機器人、康復機器人、護理機器人和服務機器人等方面。



    請試想,機器人在器官修補、血管吻合或骨磨削、基因移植、神經和遠程手術等需要十分精細領域的應用,會是怎樣一種體驗????







    01

    醫療應用


    一、精準醫療

    ——幫助醫生把藥物輸送到人體最需要的部位



    據德國《光譜》雜志報道,德國馬普智能系統研究所的研究人員研發了一種微型“機器人”,它能幫助醫生把藥物輸送到人體最需要的部位。


    這種所謂的機器人其實只是一片4mm長、0.1mm厚的磁性橡膠片,與納米級的機器人相比雖不屬最微小的,但是它能做“潛、游、跑、爬、跳、滾”等各種動作,另一重要特性是它受磁力的無線控制,故要比現有的技術更靈活,能到達體內任何部位。


    微型機器人有兩種輸送藥物的方式,一是攜帶藥物袋至體內特定部位,然后通過變形打開藥物袋。二是把機器人的橡膠體設計成海綿狀,先浸吸藥物,達到目的地后通過自身變形,擠壓釋放藥物,從而達到精準醫療的目的。



    二、定點投放細胞

    ——在磁場驅動下將細胞運送到活生物體內的指定位置




    香港城市大學科研團隊3D打印出的微型機器人在培養液和斑馬魚胚胎中運動,將活細胞投放到指定地點。


    該迷你機器人設計成球型,磁場驅動能力更高,對生物體內組織的傷害更小,同時更易促進組織融合。小球為孔洞結構,有助于組織血管化,形成為細胞提供養分的微循環網絡。小球的表面充滿突起,是細胞附著的支點,能提高運載量。


    “毛邊”的迷你小球通過3D打印成型,表面覆蓋鎳和鈦,分別用以增加磁性和生物相容性。


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