穿肠过肚微型机器人：未来医疗的神奇法宝.doc

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1、穿肠过肚微型机器人：未来医疗的神奇法宝　　在1966年的电影《神奇的旅程》中，美国一个实验室的科学家将一艘名叫“变形虫”的潜水艇和其人类成员压缩到了微型大小，然后又将这个设备注入到了生病的科学家的身体内。在身体内，发动机推动“变形虫”穿过血管进入了大脑，在那里，潜艇的成员穿上了潜水设备，并使用激光枪进行了精确的外科手术。　　从我们21世纪的视角来看，《神奇的旅程》简直是一部天真到可笑的电影；但是，在微观尺度上进行手术的概念正在从科幻走向现实。多亏了微制造等各项技术的发展，研究人员正在将医疗设备越做越小，

2、未来有望让这些医疗设备小到能够穿过人体。　　在大概十年前左右，一个异想天开的设计出现了：利用公牛的精子、细菌或是海星状的微型钳（能够在温暖的地方让旋臂绕轴旋转）驱动的微型机器人，能够将DNA运送到细胞的旋转磁性螺旋，可操控的填充有药物的磁性球体，胃酸供能的微电机和能够扇动着穿过眼镜玻璃体的“微型扇贝”。　　目前这些设想大多还是实验室的概念和想象，但也有一些已经开始在进行动物测试了。一些工程师也相信这些小东西终有一天会被应用到医药行业之中。“我们最大的影响将会是在医疗保健行业。”微型机器人专家MeTInS

3、itTI说，他是德国IntelligentSystems的马克斯·普朗克研究所物理智能部门的负责人。　　研究人员说，通过使用正确的设计，一个微型机器人（或叫机器虫）可以用来运送针对性很强的药物或放射性块、清除血液中的淤结、进行组织活检或者建造一个新的细胞可以生长其上的支架。　　这几类活动能够帮助扩展医药行业两个现有的趋势：早期疾病诊断和更精确的靶向治疗。苏黎世联邦理工学院机器人和智能系统教授BradleyNelson说：“梦想是实现《神奇的旅程》。”　　　　要实现这个梦想，就意味着要克服一系列的工程学上

4、的障碍。在微观尺寸上，机器操作的几乎每一个方面都需要重新思考，功能和运动方面的问题尤其棘手。而要在人体内的工作又会带来额外的限制：你需要追踪物体所在的位置，还要确保这些物体是无毒无害的，而且还要设计成可无害降解或者在任务完成后能离开身体。　　“我想应该要不了几年，这一领域就将能够处理一些基本的问题。”Nelson说。现在，他补充说，问题的焦点变成了技术人员能够利用手中完成怎样的工作。　　医学正在拥抱小型化，而现在一些技术也使得机器能在不需要外部控制的情况下穿过人体。比如说，一个电池驱动的药丸大小的机器人

5、可以在穿过食道、肠道和结肠时拍摄图像。　　而在2012年，美国食品和和药物管理局为总部设立在加利福尼亚州红木城的ProteusDigitalHealth公司打开了绿灯，使得其更小的可吞咽技术能够向市场推广，他们的产品可以讲一个1平方毫米的硅电路嵌入到一个药丸中。　　“这是世界上最小的可消化的电脑，”Proteus的一位高级副总裁MarkusChristen说。接着他指出其计算能力是很有限的。这个Proteus芯片既没有携带天线也没有携带电池。相反，其包含了两个电极材料，当芯片周围的药丸降解时，电路将和胃

6、中的胃液相接触，从而实现两个电极间的电导通。只需要5到10分钟，芯片就将获得足够的能量（1毫瓦到10毫瓦之间）对电流进行调制，然后就能像贴在外部皮肤上的设备发送唯一的识别码。　　Proteus的芯片只是处在微型机器人行业的上游。这个芯片已经绰绰有余的，Christen说，足够帮助病人追踪药物的消耗，并且帮助制药公司在测试新药时监视临床试验中药物是否遵循设计。　　要将物体做到更小更强大将需要更有创造性的解决方案。其中做大的阻碍是功能问题。小型化对传统的化学电池不利，马克斯·普朗克研究所的SitTI说。当设

7、备的尺寸低于1毫米时，“电池的容量将会急剧下降。”　　一个可选项是使用无线电波来进行无线充电，这样可以从体外给设备提供电力。但这种方法在尺寸变小后也变得很困难。为了收集能量，微型机器人需要某种形式的天线，而且天线还不能太小，否则也收集不到足够的能量。另外，其还应该和供能源保持足够近的距离。　　鉴于这些限制的存在，工程师们也在寻找新的能量收集方式，比如从推进活动中收集能量。比如采用化学火箭式的推进器，其能够通过和人体内的液体（如：胃酸）发生反应进行推进。研究人员也在探索用生物混合结果能做出什么成绩，如使用

8、细菌来驱动机器甚至可以让细菌跟踪特定的信号运动，比如追踪特定分子的浓度变化。　　在某些情况下，甚至还可能做到没有任何板上能量源。约翰霍普金斯大学DavidGracias和其同事开发出了一种微钳星型设备，这种设备两端之间的尺寸小于500微米。其“钳”可以用能对环境因素（如：温度，PH值甚至酶）做出反应的材料制成。对温度敏感的钳臂在暴露在身体热源的情况下会关闭。如果放置恰当，其臂将紧密围绕组织进行微型活体检测。　　这种钳子可以为慢性炎症性肠道疾