在2006年一个清爽的秋天傍晚，Sylvain Martel博士屏住呼吸，技术人员将一只麻醉的猪放入旋转的fMRI机器中。他的目光专注地盯着电脑屏幕，电脑屏幕上显示出磁珠在猪的精致血管内盘旋。房间里的紧张感是显而易见的。

突然，珠子跳起来，像一艘微型潜水艇一样毫不费力地沿着船只跳到下一个目的地。球队爆发出欢呼声。

Martel和他的团队正在测试一种通过操纵机器的磁力来远程控制活体动物体内微小物体的新方法。这是第一次，它起作用了。

科学家和作家长期以来一直梦想着能够驾驭身体巨大的血管系统的微型机器人，就像太空探险家一样，对星系及其居民进行测量。潜力很大：例如，小型医疗微型飞机可以将放射性药物穿梭到癌症集群，在体内进行手术，或者清除深入心脏或大脑内部的血栓。

苏黎世联邦理工学院的机器人专家布拉德利·尼尔森博士说，“梦想就是神奇的航行”，但机器人专家却没有人，他参考了一部经典的科幻电影，其中一群人萎缩，穿过一个人的血液进行脑部手术在垂死的情报人员身上。

目前，医疗微型计算机仍然大多是虚构的，尽管这种情况在十年内会发生变化。本周写于大自然，Drs。德国德累斯顿Leibniz IFW的Mariana Medina-Sánchez和Oliver G. Schmidt从大屏幕转向纳米工程实验室，制定了优先事项和现实测试，让这些小外科医生焕发生机。

建造螺旋桨

医疗微型计算机是医疗领域小型化之旅的一部分。早在2001年，一家以色列公司推出了PillCam，这是一种糖果大小的塑料胶囊，里面装有照相机，电池和无线传输设备。沿着消化道向下行进时，PillCam定期无线传回图像，提供比传统内窥镜或X射线成像更灵敏，毒性更小的诊断措施。

尺寸方面，PillCam对于理想的微型烟块来说是巨大的，使其仅适用于我们消化系统的相对宽的管道。避孕药也是被动的，无法在有趣的地方徘徊进行更详细的调查。

“一个真正的医学微型计算机必须通过一个复杂的充满液体的管道网络推进并引导自身进入身体深处的组织，”Martel解释道。

不幸的是，身体对外人非常敌视。微型机器人必须能够在腐蚀性胃液中存活并在血流中向上游划桨，而不需要电池供电的马达。

世界各地的实验室正在找出解决电力问题的巧妙替代方案。一个想法是创造基本上是化学火箭的：装有“燃料”的圆柱形微型火箭 - 加入金属或其他催化剂 - 其与胃液或其他液体反应以从管的后部排出气泡。

“这些电机很难控制，”Medina-Sánchez和Schmidt说。我们可以使用化学梯度大致控制它们的方向，但它们没有足够的耐力和功效。根据人体供应的糖，尿素或其他生理液体设计无毒燃料也很困难。

可以说是更好的替代方案是可以通过磁场变化推动的金属物理电机。正如他的小猪实验所证明的那样，马特尔是第一批探索这些螺旋桨的人。

Martel解释说，MRI机器非常适合转向和成像金属微型原型机。该机器具有几组磁性线圈：主要组件在通过导管注入血流后对微型燃烧器进行磁化。然后，通过操纵MRI的梯度线圈，我们可以产生弱磁场以将微型血管推向血管或其他生物管道。

在随后的实验中，Martel制造了涂有癌症药物的铁钴纳米粒子，并将这些小型士兵注入兔子体内。使用计算机程序自动改变磁场，他的团队将机器人引导到目标位置。尽管在该特定研究中没有可以杀死的肿瘤，Martel说类似的设计可能对肝癌和其他血管相对较大的肿瘤有用。

为什么不小船?问题是，再次，权力。Martel只能将机器人缩小到几百微米 - 任何较小的磁性梯度都要大到可以破坏大脑中的神经元放电。

Cyborg Microbots

更优雅的解决方案是使用已经存在于自然界中的生物电动机。细菌和精子都配有鞭状尾巴，可以将它们自然地推进身体的复杂隧道和蛀洞进行生物反应。

通过将机械钻头与生物钻头相结合，当一个钻头摇摆不定时，这两个部件可以相互提升。

一个例子是spermbot。施密特以前设计的微小金属螺旋缠绕着“懒惰”的精子，使它们能够提供灵活性以达到卵子。精子也可以装载药物，与磁性微结构相连，以治疗生殖道癌症。

然后有一些称为MC-1的特殊细菌群，它们与地球的磁场对齐。通过产生一个非常微弱的场 - 刚好足以克服地球 -科学家们可以将细菌的内部指南针指向一个新的目标，如癌症。

不幸的是，药物标记的MC-1细菌仅在温血中存活约40分钟，并且大多数细胞不足以在血液中游泳。Martel设想了一种由细菌和脂肪泡沫组成的混合系统。充满磁性颗粒和细菌的气泡将使用强磁场引导到较大的血管中，直到它们撞到较窄的血管。撞击后，气泡会弹出并释放细菌群，以便在较弱的磁场作用下完成行程。

推进前进

虽然科学家对螺旋桨有很多想法，但主要的障碍是一旦它们被释放到体内就会跟踪它们。

结合不同类型的成像技术可能是前进的方向。超声波，MRI和红外线都太慢，无法跟踪在体内深处操作的微型小鼠。但是，结合光，声和电磁波可以提高分辨率和灵敏度。

理想的情况下，成像方法应该能够跟踪微型电动机10厘米皮肤下，在3D和实时，在每秒几十微米的最小速度移动，说麦地那-桑切斯和Schmidt。

这是一项艰巨的任务，尽管他们希望最先进的光声方法 - 结合红外和超声成像 - 能够在几年内“跟踪微型”。

然后就是在他们完成任务后如何处理机器人的问题。让它们在体内漂移会导致凝块或其他灾难性的副作用，例如金属中毒。将机器人驱回到起点(例如，嘴巴，眼睛和其他天然孔)可能太乏味了。科学家们正在探索更好的选择：自然地驱除机器人或者用可生物降解的材料制造机器人。

后者还有另外一个优点：如果材料对热，pH或其他身体因素也很敏感，他们可以制造无需电池的自动生物机器人。例如，科学家们已经制作了一些小的星形“夹子”，它们在暴露于高温时会在组织周围闭合。当放置在患病器官或组织周围时，夹子可以进行现场活检，提供一种侵入性较小的筛查结肠癌或监测慢性炎症性肠病的方法。

Medina-Sánchez和Schmidt说：“我们的目标是能够自我感知，诊断和行动的微型计算机，而人们可以监控它并在发生故障时保持控制。”

医疗微博的奇妙航行才刚刚开始。

材料，微生物和微观结构的所有组合需要首先一起测试它们在动物中的行为以确保安全性和功能。科学家们也在等待监管机构赶上，并让临床医生考虑在诊断和治疗中部署这些新微型机的新方法。

但在不断扩大的领域，乐观情绪正在增长。

“有了一个协调推动，microbots可能在十年内的非侵入性治疗的时代迎来”申报梅迪纳-桑切斯和施密特。