可用于抗癌？细菌混合微型机器人可在体内递送药物

德国马克斯·普朗克智能系统研究所的科学家将机器人技术与生物学相结合，为大肠杆菌配备人工组件，构建出生物混合机器人，未来有望执行抗癌任务。相关研究刊发于最新一期《科学进展》杂志。　携带纳米脂质体和磁性纳米粒子的细菌混合微型机器人。

具体来讲，微型机器人主体为微型镁金属球(直径约20um)，表面镀了一层薄薄的金属金和聚对二甲苯(可以抵抗消化)的。金属球表面留有圆形部分未被覆盖，这部分裸露的金属镁与消化道中的流体反应，产生小气泡。气泡流像喷射器一样向前推动球体，直到它与附近的组织碰撞。

如果仅仅是这样的一个小机器人，则只能称其为“光杆司令”。它被创造出来的使命，是对抗消化道的肿瘤组织。小机器人需要将士——药物为它上阵杀敌。怎么带领药物这个能兵强将呢?

目前，光学成像由于其高时空分辨率和分子对比而被广泛用于生物医学领域。然而，将传统光学成像应用于深部组织，受到了强光学散射的阻碍，这抑制了超出光扩散极限的高分辨率成像(深度约1至2mm)。幸运的是，光声断层扫描(PAT)探测光子引起的超声波，在深度远远超过光学扩散极限的情况下，实现了高分辨率成像。在PAT中，由组织内的发色团吸收的光子能量被转换为声波，随后被检测以产生具有光学对比度的高分辨率断层图像。利用软组织中可忽略不计的声散射，PAT在深处获得了极好的空间分辨率。作为PAT的进阶版，PA计算机断层扫描(PACT)有着高时空分辨率、深度穿透(体内48 mm组织穿透)。凭借这些优势，PACT有望在体内实现微电机的实时导航，适用于广泛的应用，特别是药物输送。

微型机器人的发展依赖于微加工工艺、微传感器、微驱动器和微结构四个方面。这四个方面的基础研究有三个阶段：器件开发阶段、部件开发阶段、装置和系统开发阶段。现已研制出直径20微米、长150微米的铰链连杆，200微米×200微米的滑块结构，以及微型的齿轮、曲柄、弹簧等。贝尔实验室已开发出一种直径为400微米的齿轮，这种发明使用在一张普通邮票上可以放6万个齿轮和其他微型器件。德国卡尔斯鲁核研究中心的微型机器人研究所，研究出一种新型微加工方法，这种方法是X射线深刻蚀、电铸和塑料膜铸的组合，深刻蚀厚度是10~1000微米。

美国一家中枢神经系统疾病治疗初创 Bionaut Labs 在近日浮出水面，该公司正在开发毫米级机器人 ，可用其搭载药物，并通过远程控制将机器人引导至患处、卸载药物。目前该技术已在动物体内进行了测试，未来将用于人类疾病的治疗。近日，Bionaut Labs 宣告已经获得 2000 万美元 A 轮融资，值得注意的是，本轮融资由硅谷著名科技风险投资机构科斯拉风投 Khosla Ventures 领投。该公司会在其首次临床试验中把装载着治疗药物的微型机器人注射到脊柱中，并使用一组位于头部和颈部周围的磁铁产生的磁场将机器人引导进入脑部患病区域。在到达正确的位置后，另一个磁信号将激活机器人药物舱的开关，释放药物。药物卸载后，医生再引导机器人返回至起始点，将其从脊柱处接离。

微型机器人结构尺寸微小，器件精密，可进行微细操作，具有小惯性、快速响应、高谐振频率、高附加值等特点。然而微型机器人并不是简单意义上普通机器人的微小化，而是集成有传感、控制、执行和能量的单元，是机械、电子、材料、控制、计算机和生物医学等多学科技术的交叉融合。材制造又称3D打印技术，它摒弃了传统加工工艺过程复杂、成本高、难度大等特点，能够快速、灵活设计各种复杂结构。而高精密微纳3D打印技术又成为微型机器人不可或缺的手段。