能够进入我们血流并在体内工作的微型机器是科幻小说和现实生物医学科学中的常客,因为 MEMS 和其他微型电机设备正变得越来越小和有效。加州大学圣地亚哥分校的一个团队正在将这一想法推向更远,他们创造了他们称之为 “微型火箭” 的东西:微小的自驱动电机,可以在酸性环境中(如人体胃部)疾驰,而无需任何外部燃料。
这些微型火箭是已知首个化学动力微型机器的例子,它无需携带过氧化氢等燃料就能自行驱动。相反,加州大学圣地亚哥分校团队的微型火箭是由氢气泡驱动的,这些气泡是通过酸性溶液(如胃中的溶液)与微型火箭本身的锌反应产生的。
当微型火箭浸入酸性环境中时,氢气泡会迅速在火箭内部积聚——根据酸性的程度,可以将其推进到每秒 100 个身体长度的速度。对于直径 5 微米的微型火箭来说,这大约是每秒 1,050 微米(它们通常长约 10 微米,直径在 2 到 5 微米之间)。根据锌溶解的速度,微型火箭一旦引入酸性溶液,其寿命可以从 2 分钟到 10 分钟不等。
它们还可以通过磁场进行控制。通过在微型火箭外部涂上磁性涂层,加州大学圣地亚哥分校的团队已经证明,这些火箭可以通过溶液进行导航,甚至可以在移动过程中用于拾取和放下货物,这一切都通过操纵磁场来实现。
这里的生物医学应用相当明显。除了能够对胃部进行基本的 pH 值传感外,此类微型火箭还可以用于在体内(至少在酸性部分)非侵入性地靶向药物,或协助身体某些部位的成像。它们还可用于半导体加工等工业过程中。