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2022年08月17日 星期三 21:50:09
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Tag: 机械人

智能机械人100%独立操作 完成高精确度腹腔镜手术

【加拿大都市网】虽然机械人腹腔镜手术系统确实可以使某些手术过程更安全、伤害更小,但这些系统其实仍然由人类外科医生操作。然而,现在,一个手术机械人已经完全靠“自己”完成了一项精细的手术。 这台被称为“智能组织自主机械人”(Smart Tissue Autonomous Robot , STAR)的机械臂是由约翰斯霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的研究人员设计。 早在2016年,在对猪进行手术时,STAR就被证明在肠吻合手术方面与经验丰富的外科医生不相上下,甚至更好,这种手术需要将肠的两个切断端费力地缝合在一起。然而,机械人此时必须通过一个大的外部切口进入肠道,并且仍然需要一些人类的指导。 在最近的实验中,一种改进的、更加自主的STAR版本成功地通过腹腔镜完成了手术——这意味着只需要很小的切口就可以进入和退出手术工具。更重要的是,机械人这样做了四次(在四只猪身上),产生了“比人类执行同样的程序要好得多的结果”。 肠吻合被认为是一项特别棘手的手术,因为它需要在软组织中进行多次缝合,而且需由始至终保持高精确度。如果任何缝合线放错了位置,就可能发生肠渗漏,这对病人来说会有非常严重的后果。 STAR这个版本的新功能包括专门的缝合工具,更好的成像系统(包括一个3D内窥镜),也许最值得注意的是,一个自主控制系统。后者根据通常无法预测的肠道软组织运动实时调整手术计划。 该研究论文的高级作者、约翰斯霍普金斯大学的助理教授Axel Krieger说:“机械人吻合是一种方法,可以确保在不依赖外科医生技能的情况下,在每一个病人身上以更高的精确度完成需要高精确度和重复性的手术任务。我们假设,这将导致一种‘民主化’的外科治疗方法,患者的治疗结果更加可预测和一致。” 这篇论文最近发表在《科学机器人》(Science Robotics)期刊。 图片: Johns Hopkins University T09  

【视频】微型机械人可遥控可变形 药物直送人体癌细胞减低副作用

【加拿大都市网】化疗几十年来一直是癌症治疗的基石。然而,化疗的一系列副作用,会产生跟疾病本身一样令人不适的感受。现在,在一项概念验证研究中,为未来的癌症治疗管理提供新方向,科学家们开发了一种鱼形微型机械人,它可以将药物直接输送到患病细胞中,从而减低副作用带来的折腾。 在一项新的多机构研究中,研究人员创造并证明了鱼形微型机械人向癌细胞输送化疗药物的能力。这些机器人在磁铁的引导下找到癌细胞,透过pH值的改变化使它们张开“嘴巴”,释放抗癌物质。 研究人员写道:“在这里,通过在pH响应水凝胶中编程编码不同的膨胀速率,可以因应环境而改变形状的微机械人(SMMRs)已经被开发出来。”这项研究发表在ACS Nano期刊上。   能够操作微小物体而小于100微米的微型机械人并非什么创举。然而,大多数由于无法通过改变形状来完成复杂的任务,包括药物的释放。虽然一些4D打印的物体也可以根据特定刺激改变形状,但它们通常只执行简单的功能。此外,遥控它们的行动也很困难。 众所周知,与健康细胞相比,癌细胞存在于pH值较低(较为酸性)的环境中。因此,该团队选择了一种方法,可以使新的形状变形微型机器人(SMMRs)改变其结构,以应对低pH水平。 这些装置通过磁铁的引导将抗癌药物运送到特定的区域。为此,他们使用pH响应的水凝胶打印 4D微型机械人。这些微型机器人被打印成蝴蝶、螃蟹和鱼的形状。 通过修改特定形状区域(如蝴蝶翅膀或蟹爪)的打印密度,研究人员对它们进行了编码,使它们具有变形能力,对pH值作出反应。接下来,微型机械人被放置在氧化铁(Fe3O4)纳米颗粒的悬浮液中,这使它们具有磁性。 在赋予微型机械人变形能力之后,研究人员进行了一系列测试,包括测试具有可调节“嘴巴”的变形微鱼(SMMF)的能力,即打开和关闭。研究小组发现,可以通过模拟血管(磷酸盐缓冲盐水,pH ~ 7.4)引导“小鱼”接触培养器皿中特定位置的癌细胞。 当鱼周围溶液的pH值降低(pH < 7)时,它会“张开”嘴巴,释放它所携带的化疗药物(阿霉素),附近的癌细胞在接触到药物后被杀死。 尽管这项研究对概念有正面结果,但研究人员承认,微型机械人需要进一步改进。首先,它们的体积必须显著减小,才能穿过真正的血管。此外,必须确定或设计一种可行的成像技术来监控他们在体内的活动。 硏究人员也写道:“随着尺寸、运动控制和成像技术的不断优化,这些磁性SMMRs将为复杂的微货物操作和按需药物释放提供理想的平台。” 图片:ACS Nano、YoutubeScreengrab/ @American Chemical Society T09