未來(lái)醫(yī)療的神奇法寶：穿腸過(guò)肚微型機(jī)器人
在1966年的電影《神奇的旅程》中，美國(guó)一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(dòng)機(jī)推動(dòng)“變形蟲”穿過(guò)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(lái)看，《神奇的旅程》簡(jiǎn)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(shí)。多虧了微制造等各項(xiàng)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(lái)有望讓這些醫(yī)療設(shè)備小到能夠穿過(guò)人體。
在大概十年前左右，一個(gè)異想天開(kāi)的設(shè)計(jì)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(dòng)的微型機(jī)器人，能夠?qū)NA運(yùn)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(jī)和能夠扇動(dòng)著穿過(guò)眼鏡玻璃體的“微型扇貝”。
目前這些設(shè)想大多還是實(shí)驗(yàn)室的概念和想象，但也有一些已經(jīng)開(kāi)始在進(jìn)行動(dòng)物測(cè)試了。一些工程師也相信這些小東西終有一天會(huì)被應(yīng)用到醫(yī)藥行業(yè)之中。“我們最大的影響將會(huì)是在醫(yī)療保健行業(yè)。”微型機(jī)器人專家Metin Sitti說(shuō)，他是德國(guó)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(shuō)，通過(guò)使用正確的設(shè)計(jì)，一個(gè)微型機(jī)器人（或叫機(jī)器蟲）可以用來(lái)運(yùn)送針對(duì)性很強(qiáng)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(gè)新的細(xì)胞可以生長(zhǎng)其上的支架。
這幾類活動(dòng)能夠幫助擴(kuò)展醫(yī)藥行業(yè)兩個(gè)現(xiàn)有的趨勢(shì)：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(jī)器人和智能系統(tǒng)教授Bradley Nelson說(shuō)：“夢(mèng)想是實(shí)現(xiàn)《神奇的旅程》。”
要實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)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(jī)器操作的幾乎每一個(gè)方面都需要重新思考，功能和運(yùn)動(dòng)方面的問(wèn)題尤其棘手。而要在人體內(nèi)的工作又會(huì)帶來(lái)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(wú)毒無(wú)害的，而且還要設(shè)計(jì)成可無(wú)害降解或者在任務(wù)完成后能離開(kāi)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(wèn)題。”Nelson說(shuō)。現(xiàn)在，他補(bǔ)充說(shuō)，問(wèn)題的焦點(diǎn)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(jī)器能在不需要外部控制的情況下穿過(guò)人體。比如說(shuō)，一個(gè)電池驅(qū)動(dòng)的藥丸大小的機(jī)器人可以在穿過(guò)食道、腸道和結(jié)腸時(shí)拍攝圖像。
而在2012年，美國(guó)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(kāi)了綠燈，使得其更小的可吞咽技術(shù)能夠向市場(chǎng)推廣，他們的產(chǎn)品可以講一個(gè)1平方毫米的硅電路嵌入到一個(gè)藥丸中。
“這是世界上最小的可消化的電腦，”Proteus的一位高級(jí)副總裁Markus Christen說(shuō)。接著他指出其計(jì)算能力是很有限的。這個(gè)Proteus芯片既沒(méi)有攜帶天線也沒(méi)有攜帶電池。相反，其包含了兩個(gè)電極材料，當(dāng)芯片周圍的藥丸降解時(shí)，電路將和胃中的胃液相接觸，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(duì)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(shí)別碼。
Proteus的芯片只是處在微型機(jī)器人行業(yè)的上游。這個(gè)芯片已經(jīng)綽綽有余的，Christen說(shuō)，足夠幫助病人追蹤藥物的消耗，并且?guī)椭扑幑驹跍y(cè)試新藥時(shí)監(jiān)視臨床試驗(yàn)中藥物是否遵循設(shè)計(jì)。
