即將改變世界的MEMS設(shè)備

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

?Melanie Gonick/MIT

醫(yī)用膠囊機(jī)器人（MCR）是近年來的新熱點。今天，我們來探索幾種MCR。MCR屬于一種MEMS設(shè)備，是嵌入式微機(jī)電系統(tǒng)，可以在人體內(nèi)自主運行，并具有診斷、預(yù)防、監(jiān)測和治療疾病的功能。

MCR可深達(dá)人類胃腸道（GI）的深處。通常，MCR通過自然孔穴（身體上的開口）進(jìn)入體內(nèi)，并借助傳感器、執(zhí)行器和無線通信與周圍環(huán)境進(jìn)行交互，來執(zhí)行多種任務(wù)，例如內(nèi)窺鏡檢查和胃腸道手術(shù)。

MCR的設(shè)計和開發(fā)過程很具有挑戰(zhàn)性，因為存在諸多約束和限制因素，例如尺寸（1cm以內(nèi)，以滿足無創(chuàng)手術(shù)要求）、功率（有限的電池消耗）和故障安全控制。

三款即將面世的尖端MCR：

1. 可吞服的折疊式機(jī)器人

吞咽、擺動、移除！由麻省理工學(xué)院、謝菲爾德大學(xué)和東京工業(yè)大學(xué)的研究人員共同研發(fā)的這款可吞服智能機(jī)器人，可以移除人體胃中的電池并縫合傷口。它可以裝在藥丸中吞咽，并利用外部磁場進(jìn)行導(dǎo)航。

電池被誤食后，如果不及時取出，會對胃黏膜造成嚴(yán)重?fù)p害。這款折疊機(jī)器人有助于避免該問題。

?Tech Insider

?Shuhei Miyashita et al./ICRA Proceedings

2. 藥物釋放膠囊（DDC）

為什么選用DDC？首先，大劑量藥物難以吸收。其次，有些藥物甚至在被吸收之前就已經(jīng)在胃中分解了。最近，由范德堡大學(xué)和米蘭理工大學(xué)的研究人員研發(fā)的DDC采用線圈-磁鐵-活塞機(jī)制，可以將藥物直接輸送到胃腸道的粘膜。這種直徑16mm、長度25mm的智能膠囊可以容納體積達(dá)201.06 mm3、重量達(dá)12g的藥物。盡管有點重，但是它可以在一段時間內(nèi)控制藥物劑量的釋放。這種智能釋藥MEMS設(shè)備還新增了實時定位和主動位置控制功能。

(a) DDC的最終原型（直徑16mm、長度25mm），(b) 藥物正被釋放， (c) 藥物完全被釋放?Beccani et al., 2016/Elsevier

3. 無線膠囊內(nèi)窺鏡（WCE）

內(nèi)窺鏡和結(jié)腸鏡用于診斷和治療胃腸道病變。這些藥丸大小的MEMS設(shè)備可以拍攝腸壁照片，用于診斷。它們通過在消化道中蠕動的方式進(jìn)行移動，并可在胃、小腸和結(jié)腸中使用。

倫敦帝國學(xué)院的研究人員提出了首個功能增強型WCE的概念，可以實現(xiàn)靶向藥物的輸送以達(dá)到治療目的。為了進(jìn)一步增強其功能，研究人員提出了基于甲蟲（鞘翅目）和瓢蟲（瓢蟲科）的仿生保持機(jī)制。例如，瓢蟲能夠折疊其作為保護(hù)外殼的第二對翅膀后方的翅膀。利用一對折疊翼的概念使內(nèi)窺鏡能夠抵抗腸蠕動（自然的波浪狀運動），這是一種新穎的方法。

?Woods & Constandinou/PubMed
集成式保持機(jī)制意圖
可將1 ml的藥物輸送到靶位點

?Woods & Constandinou/PubMed
釋放1ml靶向藥物示意圖
顯示針頭完全伸出，藥物部分釋放

Yulhane-Jerez Koh

Yulhane畢業(yè)于加州大學(xué)伯克利分校，是一名生物力學(xué)工程師，也是DevicePlus US的執(zhí)行編輯。Yulhane的主要興趣在于集群機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域。

審核編輯黃宇