未來醫(yī)療的神奇法寶：穿腸過肚微型機器人

    在1966年的電影《神奇的旅程》中，美國一個實驗室的科學(xué)家將一艘名叫“變形蟲”的潛水艇和其人類成員壓縮到了微型大小，然后又將這個設(shè)備注入到了生病的科學(xué)家的身體內(nèi)。在身體內(nèi)，發(fā)動機推動“變形蟲”穿過血管進(jìn)入了大腦，在那里，潛艇的成員穿上了潛水設(shè)備，并使用激光槍進(jìn)行了精確的外科手術(shù)。

從我們21世紀(jì)的視角來看，《神奇的旅程》簡直是一部天真到可笑的電影；但是，在微觀尺度上進(jìn)行手術(shù)的概念正在從科幻走向現(xiàn)實。多虧了微制造等各項技術(shù)的發(fā)展，研究人員正在將醫(yī)療設(shè)備越做越小，未來有望讓這些醫(yī)療設(shè)備小到能夠穿過人體。

在大概十年前左右，一個異想天開的設(shè)計出現(xiàn)了：利用公牛的精子、細(xì)菌或是海星狀的微型鉗（能夠在溫暖的地方讓旋臂繞軸旋轉(zhuǎn)）驅(qū)動的微型機器人，能夠?qū)NA運送到細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)磁性螺旋，可操控的填充有藥物的磁性球體，胃酸供能的微電機和能夠扇動著穿過眼鏡玻璃體的“微型扇貝”。

目前這些設(shè)想大多還是實驗室的概念和想象，但也有一些已經(jīng)開始在進(jìn)行動物測試了。一些工程師也相信這些小東西終有一天會被應(yīng)用到醫(yī)藥行業(yè)之中?！拔覀冏畲蟮挠绊憣窃卺t(yī)療保健行業(yè)?！蔽⑿蜋C器人專家Metin Sitti說，他是德國Intelligent Systems的馬克斯·普朗克研究所物理智能部門的負(fù)責(zé)人。

研究人員說，通過使用正確的設(shè)計，一個微型機器人（或叫機器蟲）可以用來運送針對性很強的藥物或放射性塊、清除血液中的淤結(jié)、進(jìn)行組織活檢或者建造一個新的細(xì)胞可以生長其上的支架。

這幾類活動能夠幫助擴展醫(yī)藥行業(yè)兩個現(xiàn)有的趨勢：早期疾病診斷和更精確的靶向治療。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機器人和智能系統(tǒng)教授Bradley Nelson說：“夢想是實現(xiàn)《神奇的旅程》?！?

要實現(xiàn)這個夢想，就意味著要克服一系列的工程學(xué)上的障礙。在微觀尺寸上，機器操作的幾乎每一個方面都需要重新思考，功能和運動方面的問題尤其棘手。而要在人體內(nèi)的工作又會帶來額外的限制：你需要追蹤物體所在的位置，還要確保這些物體是無毒無害的，而且還要設(shè)計成可無害降解或者在任務(wù)完成后能離開身體。

“我想應(yīng)該要不了幾年，這一領(lǐng)域就將能夠處理一些基本的問題?！盢elson說。現(xiàn)在，他補充說，問題的焦點變成了技術(shù)人員能夠利用手中完成怎樣的工作。

醫(yī)學(xué)正在擁抱小型化，而現(xiàn)在一些技術(shù)也使得機器能在不需要外部控制的情況下穿過人體。比如說，一個電池驅(qū)動的藥丸大小的機器人可以在穿過食道、腸道和結(jié)腸時拍攝圖像。

而在2012年，美國食品和和藥物管理局為總部設(shè)立在加利福尼亞州紅木城的Proteus Digital Health公司打開了綠燈，使得其更小的可吞咽技術(shù)能夠向市場推廣，他們的產(chǎn)品可以講一個1平方毫米的硅電路嵌入到一個藥丸中。

“這是世界上最小的可消化的電腦，”Proteus的一位高級副總裁Markus Christen說。接著他指出其計算能力是很有限的。這個Proteus芯片既沒有攜帶天線也沒有攜帶電池。相反，其包含了兩個電極材料，當(dāng)芯片周圍的藥丸降解時，電路將和胃中的胃液相接觸，從而實現(xiàn)兩個電極間的電導(dǎo)通。只需要5到10分鐘，芯片就將獲得足夠的能量（1毫瓦到10毫瓦之間）對電流進(jìn)行調(diào)制，然后就能像貼在外部皮膚上的設(shè)備發(fā)送唯一的識別碼。

Proteus的芯片只是處在微型機器人行業(yè)的上游。這個芯片已經(jīng)綽綽有余的，Christen說，足夠幫助病人追蹤藥物的消耗，并且?guī)椭扑幑驹跍y試新藥時監(jiān)視臨床試驗中藥物是否遵循設(shè)計。