微型机器人显示治疗肿瘤的希望

对不适部位的医学治疗和医学本身一样古老。把创可贴贴在皮肤膝盖上。眼药水痒。一只断臂进入了演员表。

但经常让我们陷入困境的是身体内部，不容易触及。在这种情况下，可能需要手术或化疗等治疗。来自加州理工学院工程和应用科学系的两名研究人员正在研究一种全新的治疗形式——微型机器人可以将药物输送到身体的特定部位，并从体外监测和控制它们。

“微型机器人的概念真的很酷，因为你可以把微型机械设备带到你需要的地方，”加州理工学院医学工程和电气工程学院的教授王力宏说。“可能是药物输送，也可能是预先设计好的显微手术。”

微型机器人是王博士和医学工程系助理教授高伟的合作研究项目，旨在治疗消化道肿瘤。

微型机器人由微型镁金属球和聚对二甲苯组成，金属球上涂有一层薄薄的金层，聚对二甲苯是一种耐消化的聚合物。这些层将球体的圆形部分暴露出来，有点像舷窗。裸露的镁与消化道中的液体反应产生小气泡。像气泡流喷射器一样向前推动球体，直到它与附近的组织发生碰撞。

就其本身而言，可以放大的镁球形微型机器人可能很有趣，但并不是特别有用。为了把它们从新奇的物品变成提供药物的载体，王对它们进行了改造。

视频：https://www。在YouTube上。com /watch？v=YWK3gg6J8ng

首先，一层药物被夹在一个微球和它的聚对二甲苯涂层之间。然后，为了保护微型机器人免受胃部恶劣环境的影响，它们被包裹在石蜡制成的微胶囊中。

在这个阶段，球体可以携带药物，但它们仍然缺乏将药物运送到所需位置的关键能力。为此，王和高使用了光声计算机断层扫描(PACT)，这是一种由王开发的使用红外激光脉冲的技术。

红外光通过组织扩散，被红细胞中的携氧血红蛋白分子吸收，产生分子超声振动。这些超声波振动被压在皮肤上的传感器接收到。来自这些传感器的数据被用来创建身体内部结构的图像。

此前，王已证明PACT的突变可用于鉴别乳腺肿瘤甚至单个癌细胞。关于微型机器人，这项技术有两个作用。首先是成像。使用PACT，研究人员可以发现消化道中的肿瘤，并跟踪微型机器人的位置，这些位置在PACT图像中强烈显示。一旦微型机器人到达肿瘤附近，它们就会被高功率连续波近红外激光束激活。由于微型机器人吸收红外光如此强烈，它们会短暂加热，融化周围的蜡胶囊，并将其暴露在消化液中。这时候微型机器人的气泡喷射器被激活，微型机器人开始蜂拥而上。喷气式飞机不能转弯，所以这种技术是一种猎枪方法——微型机器人不会全部击中目标区域，但很多人会。当他们这样做时，他们粘在表面并开始释放他们的药物载荷。

“这些微电机可以穿透消化道的粘液，并在那里停留很长时间。这可以改善药物输送，”高说。"但是因为它们是由镁制成的，它们具有生物相容性和生物可降解性."

动物模型测试表明，微型机器人的性能与预期一致，但高和王表示，他们计划继续他们的研究。

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