仿生科技之微機集群：機械蟻群入腦投藥

超級英雄電影每當出現重大危機，聯合抗敵是不二法門。各路英雄通過集結，就能發揮「一加一大於二」的神奇力量，克服各種難關。這種「團隊加乘」原來並非只於電玩遊戲或動漫可見，而是長久以來自然界多種生物的生存法則，中文大學學者張立受到啟發，致力研究醫用微納「機械人集群（robot swarm）」，通過磁場遙控上百萬微粒大小的納米機械人，有如蟻群、魚群、鳥群般因應人體內不同環境變換「隊形」穿梭遊走，大幅提升醫療效能。其團隊正探索將之應用於腦中風治療，讓載藥「機械大軍」突破迂迴曲折的血管迷宮，去除血栓救活病人。 ■香港文匯報記者 姜嘉軒

「在經典科幻電影《奇妙旅程》（Fantastic Voyage）中，科學家駕駛被縮小的潛艇，變小到細胞尺寸，通過針頭從動脈進入病人體內……經歷千難萬險最終到達病人腦部，用鐳射手術槍消除了血液凝塊」，中大機械與自動化工程學系副教授張立介紹，這在上世紀五六十年代還只是科學幻想，今時今日雖然想把人體縮小仍是天方夜譚，但微型機械人已絕非空想。

事實上，張立致力研究的醫用微納機械人集群跟上述電影情節可謂非常相似，均是通過人手操控微型機械進入人體，目標是消除病人腦部血塊。決定性的分別只有兩點，其一是操控者是於病人體外遙控機械，其二則是該「潛艇」並非單一機械，而是上百萬顆的機械人集群。

團隊加乘攜藥多

「自然界很多生物之所以能倖存下來，並不在於有多強壯，而是他們能夠通過群體去適應環境。」張立舉例說，鳥群、魚群可通過聯群結隊互相保護，避免遭受捕食者侵害，亦能大大提高飛行 / 游泳效益，節省體力；成千上萬的蟻群利用身體築橋，讓同類到達只靠個體無法企及的地方等，均充分顯示出「團隊加乘」的優勢。

張立指，將這種「群集行為」（swarming behavior）應用到微納機械人有三大優點，「第一可遞送更多藥物，增加DOSE（劑量），這很好理解；第二是可更好追蹤，觀乎現時的醫學工具，例如是X光、磁力共振等，分辨率其實不是很高，單個微型機械人是看不見的，追蹤一群就易看得多，我們認為這是很好的策略。」

穿梭血管除血栓

第三點則是通過群體，可實現更高的機動性以及環境適應性，以便隨時變換「隊形」適應各種曲折窄路，「其實腦血管就跟樹根一樣，有粗有幼，而且蜿蜒曲折，」他解釋，腦血管大約只有一兩毫米闊，上百萬個納米機械人聚集起來，聚成圓形也就大約一毫米左右，「但這只是說整體，每一個particle（微粒）其實只有小於100個納米，我們可通過磁場實現各種不同（隊形）控制，使其變窄、變幼、變長條形」，讓載有溶血藥的機械人集群能暢通無阻地到達血栓位置。

「我們有問過醫生，現時升導管到頸動脈可以好快，問題在於很幼細的血管，導管太粗升不進去，微納機械人在這些位置就可發揮，」他形容情況好比駕車至馬路盡頭，取出單車接力登山一般，載藥攀上大腦「高峰」，完成救人任務。