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2014年12月23日 星期二
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「微米」送藥除百病


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■張立與研究團隊成功研發「螺旋狀微型機械人」,通過外在磁力系統操控,進入人體進行多種疾病靶向治療。 香港文匯報記者彭子文 攝

形態仿似微生物 靶向治療克頑疾

機械人(Robotics)被視為跨學科先進技術的精粹,當中所包括的範疇極廣,除了一般人心目中充滿「金屬味」或有荂u人形」外貌的機械外,擁有特殊微型結構、能進入身體發揮功能的小點,也是學界熱門的「微型機械人(Microrobots)」科研領域。香港中文大學的研究團隊參考大自然智慧,按照微生物游動時的形態,成功研發出直徑不足頭髮十分一、肉眼難見的嶄新「螺旋狀微型機械人」。微不可見的機械人,通過外在磁力系統操控,能夠在人體內經血液穿梭於不同器官間,將藥物送達進行多種疾病的靶向治療,包括癌症、中風、視網膜退化等。團隊並正專注研究「群體操控」,控制數以萬計的機械人精準地到達目的地,提高送藥及治療成效。香港文匯報記者 鄭伊莎

「微型機械人」要進入人體發揮功用,除了要「小」,還要會「動」。負責研究的中大機械與自動化工程學系助理教授張立介紹指,相比過往的「微型機械人」,是次特別採用大自然的意念,「自然界的生物體本來就有荋摩鄔吽A例如細菌和微生物,它們怎樣活動都是值得參考的」;通過參照不同微生物的游動方式,他發現當中的螺旋狀特質,例如日本樹蛙精子,其螺旋狀的頭部,對在水中鑽動非常有利。

雖有「人」名 非有「人」形

張立遂循此方向,經過近8年努力,終研究出微米級、具備智能及自動化功能的「螺旋狀微型機械人」(Helical Microrobots)。雖然名為「微型機械人」,但它並非「人」形,而是結構中空的螺旋形狀,直徑約3微米至5微米,不足頭髮直徑的十分一;長度則約10微米至100微米,肉眼幾乎看不見。

至於製造材料,張立團隊正研究使用四氧化三鐵(Fe3O4)的納米顆粒,透過超聲波等讓其自動組裝成三維「螺旋狀微型機械人」。他解釋,由於四氧化三鐵毒性低,並能通過磁力共振,易於獲得分析影像,因此被生物醫學界廣為採用。張立率先利用其磁性,透過自行設計、準備申請專利的電磁線圈系統,控制機械人在體液中的流動走向,確保細胞不會受到破壞。

「這是主動的做法,可以應用在體內特定的環境」。張立進一步說,將藥物塗於螺旋機械人表面或置於其中空間,通過普通針頭注射入人體,便可傳送至特定的部位作為靶向治療。機械人能夠易於穿梭於眼球、大腦,以至細小狹窄的血管等地方,甚至可望達到單細胞送藥,針對攻擊個別癌細胞。目前研究處於試管測試階段。

群體操控 發揮藥效

一個「微型機械人」的力量有限,要提升送藥劑量的效能,涉及群體操控(Swarm Control)。張立舉例指,海裡的魚一群群地聚合移動,可避免被鯊魚攻擊,亦能發揮更大效能,「同樣道理,機械人要攻擊問題細胞,也需要結合群體的力量。」他透露,正探討當數以萬計的「微型機械人」進入人體後,如何通過外在磁場操控,控制所有機械人均精準地到達目的地,令送藥的效能發揮至最大。

不過,張立坦言,機械人並非「萬靈藥」,由於人體結構非常複雜,要讓一群群的微型機械人在特定位置運送藥物,當中的運送機理、效能等,仍有無數未知的疑團,是傳統機械工程及醫學未能解開的,需要繼續鑽研。他稱,難以預計「微型機械人」何時能夠出現在人體進行臨床治療,但肯定的是「微型機械人」將在醫療領域帶來革命性的影響。

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