螺旋微機械人清除中耳導管菌膜

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香港中文大學成功開發磁控螺旋微機械人系統,以螺旋形微型機械人結合機械臂輔助的磁控遙距驅動及內窺鏡遞送和觀察,清除中耳導管的菌膜。系統已於人體標本上進行試驗,效果理想。研究結果於國際學術期刊《Science Advances》發表。

耳炎是常見的小兒感染,一般由上呼吸道感染或細菌感染引致,6歲以下兒童中,約有7%曾因中耳炎出現中耳積水,一般可在數周內消退,但若情況持續,則需要手術治療,醫生會在患者的耳膜中置入導管來幫助抽出中耳積水。

菌膜阻塞耳導管

在香港,不論成人或兒童患者,因患上中耳積水而需要進行中耳導管置入手術的情況十分常見,但隨導管置放於耳膜時間增加,耳內產生的分泌物會形成菌膜,阻塞導管,甚至造成反覆感染。因此,外科醫生需利用機械工具配合內窺鏡為病人清除菌膜或更換導管,但由於耳道狹小曲折,程序需由具經驗的醫生進行,否則可能令耳膜和聽小骨受損。

中大醫學院耳鼻咽喉頭頸外科學系助理教授張慧子醫生解釋:「耳管感染是中耳炎患者置入中耳導管後常見的後遺症,目前仍欠缺有效的解決方法。為了抑制菌膜生長,病人需要長期使用含抗生素的滴耳藥水,但卻有機會衍生細菌耐藥性(Resistance),令療效愈來愈差。此外,被菌膜堵塞的導管需要通過手術頻繁更換,令病人的醫療負擔及痛楚增加。」

有見及此,中大機械與自動化工程學系及中大醫學院耳鼻咽喉頭頸外科學系的專家共同研究,開發磁控螺旋微機械人系統,幫助清除菌膜,並降低治療程序的複雜性。系統結合螺旋形微型機械人、耳道內窺鏡、機械臂輔助磁控單元及導管技術。醫生利用內窺鏡配合導管將螺旋形微型機械人置入中耳導管,再操控機械臂輔助的磁控單元,以磁力驅動微型機械人在管道內快速旋轉移動,藉此刮除耳道導管內的菌膜及殺死當中的細菌。

殺菌機械人

中大機械與自動化工程學系張立教授表示:「我觀察到大腸桿菌鞭毛會以螺旋形高速移動,啟發了我在瑞士蘇黎世聯邦理工學院博士後時期開始建構螺旋形微型機械人,並研究如何通過磁場來精準控制它們的運動以應用在生物醫學領域。我們透過與醫學院臨床及研究團隊溝通,了解到應付中耳導管感染面對的臨床挑戰,於是開發出具殺菌能力的螺旋形微型機械人。此微型機械人具有機械和化學去除菌膜的能力,能夠以無痛、無損的方式進行治療。」

中大醫學院耳鼻咽喉頭頸外科學系副教授陳英權醫生表示:「我們早前在人體標本上進行試驗,利用磁控螺旋微機械人系統成功刮除耳道導管上的菌膜,效果理想。這套嶄新的技術將可簡化現有的治療程序,減輕病人需要重複更換導管的生理和心理負擔。現階段我們需要進行更多安全及穩定性的驗證,以確立臨床應用的可能性。」

參與是次合作研究的新加坡南洋理工大學李光前醫學院院長(中大榮休講座教授)沈祖堯表示:「菌膜感染是一個存在已久的問題,但過去數十年仍未有已證實能有效清除菌膜細菌的藥物面世。是次研究是一個重要的突破,將機械和化學研究技術結合。新技術不但將有助清除中耳炎耳管菌膜,更具潛力廣泛應用於其他置於體內有可能產生菌膜感染的醫療儀器。」3

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