当瑞士制表师发明槽轮机构(Geneva drive ,由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构,常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动)时,他们恐怕根本想不到有朝一日生物工程师会利用这一机构打造出一款包裹着黏糊糊水凝胶的15毫米微型机器人,而这款机器人得主要任务是深入人体喂病人吃药。

这款奇怪的生物机器人来自哥伦比亚大学生物工程教授Samuel Sia的实验室,它无需电池或电线驱动,但医生可以在体外精确控制药剂的用量和释放。Sia教授表示,这款生物机器人是为新时代而生的,它能满足用户个性化医疗的需求。“医生可以根据病人的反应对疗法进行相应的调整。”Sia教授说道。

据了解,Sia教授已经在患有骨癌的小白鼠身上完成了初步测试,而实验结果则发布在了《科学机器人》杂志上,未来Sia教授的实验室将开展更加深入的实验。

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起初,Sia教授的团队使用3D打印技术来完成槽轮机构和微型机器人的制造,随后他们找到了一位经验丰富的技术人员,利用水凝胶一层层的塑造固体橡胶的形状。眼下,制造微型机器人需要人手一层层的拼装,但Sia表示未来这一过程能实现全面自动化。虽然看起来很复杂,但微型机器人的制造还是挺方便的,30分钟之内就能完全搞定。而如果使用现有的3D打印技术,制造类似的设备则需要数小时,最重要的是大多数3D打印机根本就用不了柔软的水凝胶。

整套微型机器人的工作就像发条装置,当外置磁石(嵌入纳米铁离子的胶块)移动一个简单的齿轮,柔软的槽轮机构就会前进一步,而每前进一步,六个药舱中就会有一个释放存储的药物。

看到这里你可能会产生疑问:如果人体外部有磁石,微型机器人会不会被意外激活并一次将所有药物释放出来?也就是说,这个奇怪的装置是否对人体有害?

Sia教授表示:“身上有磁石的人从病人身边走过不会激活微型机器人,但在某些情况下确实会出Bug 。不过,实验室正在开发新的解决方案,未来他们可能会利用超声波技术激活微型机器人。”

Sia教授认为,处理槽轮机构并非设计中的难点,材料的选择才是。对人体脏器来说,柔软且弹性十足的材料是最佳选择,不过如果这些材料进入人体后会像果冻一样化掉,那么设计指标就根本达不到了。“因此,我们所选的材料必须有一定的硬度。”

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在实验中,两拨不同的小白鼠采用了不同的疗法,一拨用微型机器人治疗,另一拨则采用常规的化疗。结果发现,采用微型机器人治疗的小白鼠肿瘤生长变慢了,肿瘤细胞也开始大规模死亡,肿瘤对其他器官的侵害现象也消失了。

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这样看来,能精准进行药物靶向释放的微型机器人确实效果明显。除了释放药物,未来这套装置还能控制荷尔蒙的释放。

跟以往其他体内送药的微型机器人不一样的是,这款机器人并不是在血管内运行,而是直接植入患处附近的表皮下。当用它帮助治疗肿瘤时,将它植入到肿瘤区域附近的皮肤表层下之后,医生只需在外部用一块磁铁朝肿瘤方向移动,皮肤下的机器人就会跟随磁铁将所携带的药物运送到指定位置,这样不仅见效更快,且体内细胞的受损情况更少。

不过,Sia教授认为眼下这套装置只是验证了某些概念,他并不着急量产这款微型机器人。但是,Sia教授非常看好这款微型机器人在医疗领域的应用,未来柔软的微型机器人能成为医生的好帮手,从内到外的完成修复工作。小编了解到,Sia教授的制作平台可以打造多款功能指向不同的装置,相信其中一定有能在未来派上用场的。