血管機(jī)器人

　　納米血管機(jī)器人一般認(rèn)為，納米機(jī)器人是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，研制可編程的分子機(jī)器人。它是納米機(jī)械裝置與生物系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。血管機(jī)器人就是一種非常重要的醫(yī)用納米機(jī)器人，其實(shí)醫(yī)用納米機(jī)器人幾乎都是血管機(jī)器人。

　　我們都知道當(dāng)人體某個(gè)部分感染時(shí)往往會(huì)服用或注射抗生素，但是抗生素在血液里會(huì)被稀釋?zhuān)嬲鸬街委熜Ч闹挥幸恍〔糠炙幬?，大部分藥物只是?duì)人體產(chǎn)生了副作用，利用納米機(jī)器人（血管機(jī)器人）就能夠解決此問(wèn)題。我們可以試著想象血管機(jī)器人在人的血管網(wǎng)絡(luò)中漫游，進(jìn)行巡邏和檢查，盡早發(fā)現(xiàn)異常細(xì)胞，而且可以對(duì)人體內(nèi)細(xì)胞組織進(jìn)行修復(fù)。它不僅可以完成早期診斷工作，更重要的是可以充當(dāng)微型醫(yī)生而發(fā)揮治療作用，解決傳統(tǒng)醫(yī)生難以解決的問(wèn)題，如：殺死癌細(xì)胞，疏通血栓，清除動(dòng)脈脂肪沉積物等。這種簡(jiǎn)單的機(jī)器人，可以是一個(gè)叫做respirocyte的人造紅細(xì)胞，約由1800萬(wàn)個(gè)主要是碳的原子構(gòu)成，能模仿正常的充滿血紅素的血紅細(xì)胞行為，該裝置上的壓力傳感器可接收醫(yī)生的信號(hào)，在人體內(nèi)的它們還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體在不同條件下的各類(lèi)信息，如不同時(shí)間人體內(nèi)不同位置處的各類(lèi)化合物的水平，從而形成動(dòng)態(tài)圖像，形成了一種新的醫(yī)學(xué)成像方法。血管機(jī)器人還可以用來(lái)為人體器官做手術(shù)、為腦部動(dòng)手術(shù)等。

　　正因此，世界各國(guó)的科研小組一直不斷致力于研制醫(yī)用納米機(jī)器人。如圖所示，為《自然》雜志今年所發(fā)表的美國(guó)最新研制的用于輸送致癌藥物的納米機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖，它為我們揭開(kāi)了納米機(jī)器人神秘的面紗。

　　納米機(jī)器人目前還處于起步階段，有人給納米機(jī)器人的發(fā)展大致分成了三代：第一代，是把生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的新系統(tǒng)；第二代，是由原子或者分子裝配成的具有特定功能的納米尺度的分子裝置；第三代，可能是包含有納米計(jì)算機(jī)的一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。

　　MEMS血管機(jī)器人

　　目前世界上研究的大多數(shù)血管機(jī)器人都是指MEMS機(jī)器人。MEMS血管機(jī)器人是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)步的。隨著微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，人類(lèi)已經(jīng)可以加工越來(lái)越小的機(jī)器。這些機(jī)器小到一定程度就可以放進(jìn)血管行使部分醫(yī)療作用。MEMS血管機(jī)器人其實(shí)就是采用普通機(jī)器人的微型化。不過(guò)鑒于血管的特殊性，這使得MEMS血管機(jī)器人的設(shè)計(jì)并不那么簡(jiǎn)單。MEMS血管機(jī)器人可以采用磁場(chǎng)、微電池或其他方式驅(qū)動(dòng)，而不是像普通機(jī)器人那樣單一的采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。如下為精子永涌動(dòng)型血管機(jī)器人。

　　血管機(jī)器人有什么用

　　血管機(jī)器人的工作地點(diǎn)是血管,因此任何與血管有關(guān)的疾病都可派血管機(jī)器人去參與治療。常見(jiàn)的心腦血管疾病外，血管機(jī)器人還具有以下血管內(nèi)部探測(cè)，攜帶藥物定點(diǎn)治療，治療動(dòng)脈粥樣硬化、抗癌、去除血塊、清潔傷口、幫助凝血、祛除寄生蟲(chóng)、治療痛風(fēng)、粉碎腎結(jié)石、人工授精以及激活細(xì)胞能量，使人不僅保持健康，而且延長(zhǎng)壽命。

　　1人工受精

　　血管機(jī)器人通過(guò)外科手術(shù)進(jìn)入體液，攜帶精子后進(jìn)入子宮釋放精子。

　　2治療血栓

　　血管機(jī)器人通過(guò)針管進(jìn)入病人體內(nèi)之后，能快速找到血栓的位置。很快所有的機(jī)器人就會(huì)聚集在血栓的位置，開(kāi)始攻擊這堵阻礙血液循環(huán)的“墻”，并將碎片帶走。

　　3清除癌細(xì)胞

　　血管機(jī)器人能夠辨別所處環(huán)境(探測(cè)人體內(nèi)標(biāo)識(shí)疾病信號(hào)的細(xì)胞)；做出相應(yīng)判斷(一旦確定這些細(xì)胞出現(xiàn)癌變，即進(jìn)行治療)；并遵循程序完成相應(yīng)的任務(wù)(它們可攜帶一些治療癌癥的藥物)。

　　4血管的清道夫

　　這種微小的機(jī)器人可以用來(lái)捕捉和移動(dòng)單個(gè)細(xì)胞，也可以用來(lái)清除血管壁，甚至心臟動(dòng)脈上的脂肪沉積物。他們也可以進(jìn)入人體組織的間隙里清除病毒。

　　5代替外科手術(shù)

　　可以利用這種機(jī)器人，進(jìn)入人的身體內(nèi)，進(jìn)行修復(fù)心臟、大腦和其他器官的一系列工作，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的外科手術(shù)。

　　幾種血管機(jī)器人的設(shè)計(jì)

　　1.2007年，韓國(guó)KoreaAerospace大學(xué)的JinwanLim等人研制了一種有纜仿尺蠖微小管道機(jī)器人，該機(jī)器人和米智楠等所研制的機(jī)器人在外形上類(lèi)似，主要是由前后各一個(gè)直徑9mm×10mm的氣室和一個(gè)可伸縮的咖直徑2mm×50mm的中間氣管組成的，可在直徑為10—16mm的管道內(nèi)運(yùn)行，如圖所示。工作時(shí)從尾部通入1．6—2．0Pa的氣流，由于尾部氣室后面的開(kāi)口比前面的開(kāi)口大，故使得后面的氣室膨脹直到與管壁壓緊時(shí)氣體才會(huì)通過(guò)尾部氣室的前開(kāi)口進(jìn)入機(jī)器人的中問(wèn)連接通道，直到中間通道帶到一定長(zhǎng)度時(shí)氣體進(jìn)入頭部氣室并使其膨脹，然后再?gòu)奈膊砍槌鰵怏w，由于尾部和中間部分在頭部與管壁摩擦力的作用下向前收縮，機(jī)器人就向前移動(dòng)了一定的距離，從而構(gòu)成了機(jī)器人動(dòng)作的一個(gè)循環(huán)，如圖所示。機(jī)器人的移動(dòng)速度隨氣壓值和管道直徑的增大而增大，在直徑為16mm的管道內(nèi)通入氣體的氣壓為2．0Pa時(shí)其最大速度可達(dá)50mm/s.

　　2.Nakazato等人共同研制了一種仿蚯蚓有纜血管機(jī)器人，如下圖所示。該機(jī)器人有多個(gè)相同的模塊搭接而成，從最后面的模塊開(kāi)始注入液體使其體積膨脹從而達(dá)到與血管壁相壓來(lái)獲得摩擦力，再依次向前面的模塊注人液體直至最前而的模塊膨脹后才按照注入液體的順序來(lái)釋放液體，由于液體被抽出后的模塊的體積和長(zhǎng)度都變小，選樣該模塊就會(huì)在前面模塊與血管壁的摩擦力的作用下向前收縮，這樣機(jī)器人就能在血管中活動(dòng)了。人們可以通過(guò)機(jī)器人前端的攝像頭拍攝的相片來(lái)分析血管的內(nèi)部組織。