医疗微型机器人有一天可以治疗膀胱疾病和其他人类疾病

科罗拉多大学博尔德分校的一组工程师设计了一种新型微型自行式机器人，它们可以以惊人的速度穿过液体——也许有一天甚至可以将处方药运送到人体内难以到达的地方.

研究人员在上个月发表在Small杂志上的一篇论文中描述了他们的微型医疗保健提供者。

“想象一下，如果微型机器人可以在体内执行某些任务，例如非侵入性手术，”该研究的主要作者、化学与生物工程系博士后研究员 Jin Lee 说。“我们可以简单地将机器人通过药丸或注射剂引入人体，而不是切入患者体内，然后他们会自己执行手术。”

Lee 和他的同事们还没有做到这一点，但这项新研究是微型机器人向前迈出的一大步。

该小组的微型机器人非常小。每个宽度只有 20 微米，比人类头发的宽度小几倍。它们的速度也非常快，能够以每秒约 3 毫米的速度行进，或每分钟自身长度的大约 9,000 倍。相对而言，这比猎豹快很多倍。

他们也有很大的潜力。在这项新研究中，该小组部署了这些机器的车队，将地塞米松(一种常见的类固醇药物)剂量输送到实验室小鼠的膀胱中。结果表明，微型机器人可能是治疗人类膀胱疾病和其他疾病的有用工具。

“微型机器人在科学界引起了很大的轰动，但让我们感兴趣的是，我们可以将它们设计成在体内执行有用的任务，”这项新研究的合著者 C. Wyatt Shields 说，化学与生物工程系助理教授。

奇妙之旅

如果这听起来像是从科幻小说中摘录的东西，那是因为它确实如此。在经典电影《奇妙之旅》中，一群冒险家通过一艘缩小的潜水艇进入一个昏迷的人的身体。

“这部电影于 1966 年上映。今天，我们生活在一个微米和纳米级机器人的时代，”李说。

他想象，就像在电影中一样，微型机器人可以在人的血液中旋转，寻找目标区域来治疗各种疾病。

该团队使用一种类似于 3D 打印的技术，使用称为生物相容性聚合物的材料制造微型机器人。这些机器看起来有点像小型火箭，并配有三个小鳍。它们还包括一些额外的东西：每个机器人都携带一个小气泡，类似于将玻璃杯倒扣在水中时发生的情况。如果你将机器暴露在声场中，比如超声波中使用的那种，气泡将开始剧烈振动，将水推开并使机器人向前射击。

这项新研究的其他 CU Boulder 合著者包括机械工程助理教授 Nick Bottenus;Ankur Gupta，化学与生物工程助理教授;和工程研究生 Ritu Raj、Cooper Thome、Nicole Day 和 Payton Martinez。

为了试驾他们的微型机器人，研究人员将目光投向了人类的一个常见问题：膀胱疾病。

带来解脱

间质性膀胱炎，也称为膀胱疼痛综合征，影响着数百万人，顾名思义，它会导致严重的骨盆疼痛。治疗这种疾病同样令人不舒服。通常，患者必须在数周内多次到诊所就诊，医生会通过导管将刺激性地塞米松溶液注入膀胱。

Lee 认为微型机器人或许能够提供一些缓解。

在实验室实验中，研究人员制造了封装高浓度地塞米松的微型机器人学校。然后，他们将数千个这样的机器人引入实验室小鼠的膀胱中。结果是真实的奇妙之旅：微型机器人在粘附到膀胱壁上之前分散在器官中，这可能会使它们难以撒尿。

到达那里后，机器会在大约两天的时间内缓慢释放地塞米松。Lee 说，这种稳定的药物流可以让患者在更长的时间内接受更多的药物，从而改善患者的预后。

他补充说，在微型机器人能够穿越真实人体之前，该团队还有很多工作要做。首先，该组织希望使机器完全可生物降解，以便它们最终溶解在体内。

“如果我们能让这些颗粒在膀胱中发挥作用，”Lee 说，“那么我们就可以实现更持久的药物释放，也许患者就不必经常来诊所了。”

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