在哈尔滨工业大学(哈工大),研究人员正在推动医疗领域的重大革新,特别是利用微纳机器人来治疗各种疾病,包括癌症和糖尿病。这些科学家发明了一种微型机器人,能在血液中自由移动,从而实现精准的药物输送。这种技术不仅有望治疗几乎所有的已知疾病,如炎症和癌症,还为传统疗法提供了新的可能性。
受缓步动物(一类微小的生物,外形类似昆虫和蜘蛛)的启发,哈工大开发了模仿这种生物的微纳机器人。这些机器人的尺寸仅为20微米,比人类头发细约4至5倍。相关研究成果已经在《科学进展》杂志上发表。
微纳机器人在医学领域是一个全新的概念。早在上世纪80年代,科学家们就梦想着创造出这样的微型机器人。这一设想在许多科幻作品中也有所体现,比如美国电影《内部空间》中描述的小型机器人被送入人体内部的情节。现在,哈工大的研究团队在中国的实验室中实现了这一梦想,并在兔子身上进行了初步测试。
从外观上看,这些微型机器人酷似缓步动物,能够在逆流中自如游动。它们的表面结构类似于红细胞的细胞膜,能有效地附着在血管内壁,并减少摩擦。这使得它们能够精确地将药物输送到恶性肿瘤的核心,同时也能在人体其他环境(如胃液和眼内的玻璃体)中灵活移动。
此前,科研人员曾尝试使用微胶囊穿越人体,但这些胶囊形状各异,控制起来较为困难。通常需要借助外部磁场来引导它们穿过血液,到达目标器官。然而,由于微型机器人的尺寸极小,它们在进入血液时需要克服强烈的水流阻力。为了达到这一目的,这些机器人每秒需游动相当于自身长度的距离。
这些微型机器人由特殊聚合物(如壳聚糖和海藻酸盐)构成,并在其上添加了磁性纳米颗粒。药物颗粒则被封装在聚合物内部。这种设计使它们能够在体内导航,并将药物准确送达病灶。
哈工大研发的缓步动物机器人不仅可以用于癌症治疗,还能应用于多种疾病的治疗。例如,抗癌药物可以通过这些机器人被精准输送到肿瘤组织。此外,这些机器人还能保护药物不受胃液中的酸性和酶的影响,从而提高疗效。在某些情况下,肿瘤可能位于受到严格保护的身体部位,如大脑。在这种情况下,传统的化疗药物往往无法发挥作用,因为它们会被血脑屏障阻挡。而微型机器人则能够巧妙地穿透这些屏障,到达病变部位。
此外,微型机器人还可以解决化疗过程中的其他难题,如药物在肿瘤不同区域的分布问题。它们还能减轻化疗对健康器官的负担,避免肝脏、肾脏、肺和脾脏等器官承受过大压力。近年来,科学家们一直在寻找能够选择性地在癌细胞中累积而不损害健康组织的化疗药物。微型机器人在这方面表现出巨大潜力,可以直接将药物输送到每一个受影响的细胞。
除了癌症治疗,微型机器人还能用于治疗心肌梗死等心脏疾病。在这种情况下,干细胞可以被输送到受损的心肌组织,促进其再生。同样的原理也可以应用于其他类型的细胞疾病,如糖尿病和帕金森病。
微型机器人还能够治疗复杂的炎症和内伤。通过将干细胞和特定的“冷却”物质(如细胞因子、蛋白酶和趋化因子)输送到病灶,可以有效抑制炎症反应,加速愈合过程。
未来,随着这项技术的进一步发展,我们或许能够彻底攻克癌症、糖尿病等顽疾,而中国的微型血液机器人将在其中扮演重要角色。