微型机器人可以将药物送到特定的地点

针对身体有病的部位进行医疗是一种与医学本身一样古老的做法。将创可贴贴在擦伤的膝盖上。药水会进入眼睛发痒。断臂要打石膏。但困扰我们的往往是身体内部的东西，不那么容易触及。在这种情况下，可能需要进行手术或化疗等治疗。加州理工学院工程与应用科学部的两名研究人员正在研究一种全新的治疗方式——微型机器人，它可以将药物输送到体内的特定部位，同时在体外进行监测和控制。“微型机器人的概念真的很酷，因为你可以把微型机械直接送到你需要的地方，”加州理工学院医学工程和电气工程布伦学院教授王立宏说。“可能是药物输送，也可能是预先设计好的显微手术。”

这种微型机器人是王伟和医学工程助理教授高伟的联合研究项目，旨在治疗消化道肿瘤。

这种微型机器人由微观的金属镁球组成，金属镁球表面涂有薄薄的一层金和聚苯胺，聚苯胺是一种抗消化的聚合物。这些层留下了球体的圆形部分，有点像舷窗。未暴露的镁与消化道中的液体发生反应，产生小气泡。气泡流就像一股射流，推动球体向前，直到它与附近的组织碰撞。

就其本身而言，可以四处放大的镁球形微型机器人可能很有趣，但它们并不是特别有用。为了把它们从一种新奇事物变成一种运载药物的工具，王和高对它们进行了一些改造。

首先，一层药物被夹在单个微球和它的对苯二甲酸涂层之间。然后，为了保护微型机器人不受胃部恶劣环境的影响，他们被包裹在石蜡制成的微胶囊中。在这个阶段，这些球体能够携带药物，但仍然缺乏将药物运送到理想位置的关键能力。为此，Wang和Gao使用了光声计算机断层扫描(PACT)技术，这是Wang开发的一项利用红外激光脉冲的技术。

红外激光漫射到组织中，被红细胞中的携氧血红蛋白分子吸收，导致分子像超声波一样振动。这些超声波振动被压在皮肤上的传感器捕捉到。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，Wang已经证明PACT的变异可以用来识别乳腺肿瘤，甚至单个癌细胞。对于微型机器人，这项技术有两个作用。首先是成像。通过使用PACT，研究人员可以在消化道中发现肿瘤，并跟踪微型机器人的位置，这些微型机器人在PACT图像中明显地显示出来。一旦微型机器人到达肿瘤附近，就会使用高功率连续波近红外激光束来激活它们。由于微型机器人吸收红外光的强度很大，它们会短暂升温，融化周围的蜡囊，将它们暴露在消化液中。这时，微型机器人的气泡喷射被激活，微型机器人开始聚集。喷气机是不可操纵的，因此这项技术有点像猎枪的方法——微型机器人不会全部击中目标区域，但很多会。当它们这样做的时候，它们会附着在表面并开始释放药物载荷。

“这些微型马达可以穿透消化道粘液，并在那里停留很长时间。这改善了药物输送，”高说。“但因为它们是由镁组成的，所以它们具有生物相容性和可生物降解性。”

在动物模型上的试验表明，这种微型机器人的性能与预期一致，但高和王表示，他们计划继续推进这项研究。“我们展示了一个概念，即你可以到达患病区域并激活微型机器人，”高说。“下一步是评估它们的治疗效果。”高还说，他希望开发出可以在身体其他部位操作的微型机器人的变体，并使用不同类型的推进系统。

王说他的目标是改进他的PACT系统与微型机器人的交互。它使用的红外激光很难到达身体更深的部分，但他说，应该有可能开发出一种可以穿透更深的系统。