即将改变世界的MEMS设备

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。MEMS device

©Melanie Gonick/MIT

医用胶囊机器人(MCR)是近年来的新热点。今天,我们来探索几种MCR。MCR属于一种MEMS设备,是嵌入式微机电系统,可以在人体内自主运行,并具有诊断、预防、监测和治疗疾病的功能。

MCR可深达人类胃肠道(GI)的深处。通常,MCR通过自然孔穴(身体上的开口)进入体内,并借助传感器、执行器和无线通信与周围环境进行交互,来执行多种任务,例如内窥镜检查和胃肠道手术。

MCR的设计和开发过程很具有挑战性,因为存在诸多约束和限制因素,例如尺寸(1cm以内,以满足无创手术要求)、功率(有限的电池消耗)和故障安全控制。

 

三款即将面世的尖端MCR:

 

1. 可吞服的折叠式机器人

吞咽、摆动、移除!由麻省理工学院、谢菲尔德大学和东京工业大学的研究人员共同研发的这款可吞服智能机器人,可以移除人体胃中的电池并缝合伤口。它可以装在药丸中吞咽,并利用外部磁场进行导航。

电池被误食后,如果不及时取出,会对胃黏膜造成严重损害。这款折叠机器人有助于避免该问题。

MEMS device

©Tech Insider

MEMS device

©Shuhei Miyashita et al./ICRA Proceedings

 

2. 药物释放胶囊(DDC)

为什么选用DDC?首先,大剂量药物难以吸收。其次,有些药物甚至在被吸收之前就已经在胃中分解了。最近,由范德堡大学和米兰理工大学的研究人员研发的DDC采用线圈-磁铁-活塞机制,可以将药物直接输送到胃肠道的粘膜。这种直径16mm、长度25mm的智能胶囊可以容纳体积达201.06 mm3、重量达12g的药物。尽管有点重,但是它可以在一段时间内控制药物剂量的释放。这种智能释药MEMS设备还新增了实时定位和主动位置控制功能。

MEMS device

(a) DDC的最终原型(直径16mm、长度25mm),(b) 药物正被释放, (c) 药物完全被释放©Beccani et al., 2016/Elsevier

 

3. 无线胶囊内窥镜(WCE)

 

内窥镜和结肠镜用于诊断和治疗胃肠道病变。这些药丸大小的MEMS设备可以拍摄肠壁照片,用于诊断。它们通过在消化道中蠕动的方式进行移动,并可在胃、小肠和结肠中使用。

伦敦帝国学院的研究人员提出了首个功能增强型WCE的概念,可以实现靶向药物的输送以达到治疗目的。为了进一步增强其功能,研究人员提出了基于甲虫(鞘翅目)和瓢虫(瓢虫科)的仿生保持机制。例如,瓢虫能够折叠其作为保护外壳的第二对翅膀后方的翅膀。利用一对折叠翼的概念使内窥镜能够抵抗肠蠕动(自然的波浪状运动),这是一种新颖的方法。

MEMS device

©Woods & Constandinou/PubMed
集成式保持机制意图
可将1 ml的药物输送到靶位点

MEMS device

©Woods & Constandinou/PubMed
释放1ml靶向药物示意图
显示针头完全伸出,药物部分释放

Yulhane-Jerez Koh
Yulhane-Jerez Koh

Yulhane毕业于加州大学伯克利分校,是一名生物力学工程师,也是DevicePlus US的执行编辑。Yulhane的主要兴趣在于集群机器人技术、机器学习和神经科学领域。

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