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用磁场操纵藻类机器人 可穿过身体并杀死癌细胞

京港台:2017-11-27 12:48| 来源:观察者网综合 | 评论( 3 )  | 我来说几句


用磁场操纵藻类机器人 可穿过身体并杀死癌细胞

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  打造能够在人体内运送药物或者进行手术的机器人,是工程师们几十年来不断努力的方向。如今,通过磁信号的响应,科学家们已经能够操纵螺旋藻机器人在体内穿行。更有甚者,这种机器人以及它的磁场似乎可以杀死癌细胞。

  11月22日,《科学机器人》杂志刊登了香港(专题)中文大学的材料科学家张力(音译)及其团队的最新研究成果,利用氧化铁纳米颗粒包裹数百万个螺旋藻来磁化海藻,通过磁场将这些卫星机器人引导至特定位置,然后使用核磁共振(NMR)的医学成像技术监测其发出的荧光,在身体深处跟踪其路线。

  

  

利用磁场来控制螺旋藻微型机器人的运动  本文动图均来自《科学》杂志视频截图

  圆柱形螺旋状的丝状体,单生或集群聚生,藻丝直径5-10μm(微米),螺旋数2-7个。藻体可以颤动和旋转运动,常像围绕着一个纵轴似地很快旋转,向前爬行。

  迄今为止,科学家们反复试验各种形状的人造机器,有杆状的、管状的、球状的,甚至是比一个细胞还小的笼子状的。为这些微小设备持续供能一直是项挑战,一是大多数供能燃料对人体都具有毒性,二是由于人体富含迷宫般的蛋白质和其他分子,如何控制微型机器的运动方向也是难点之一。由螺旋藻担任微型机器人则能够很好地解决这两大难点。

  此外,研究人员开发了一种一步合成法来磁化海藻——用氧化铁纳米颗粒包裹了数百万个螺旋藻。较长的浸出时间可以实现更多的控制,但是较短的浸出时间却使研究人员能够更容易地检测到荧光。

  

  

利用氧化铁纳米颗粒包裹螺旋藻以对其磁化

  在身体外部产生的磁场可以穿透活体组织而不对其产生伤害,从而研究人员能够控制体内磁化的藻类微型机器人。通过NMR,研究人员观察到,在磁场引导下,微型机器人在老鼠的胃里聚集。

  美国加利福尼亚大学圣迭戈分校纳米工程师Joseph Wang说:“这是一个进步,你可以在身体内追踪这些游泳者。”他正在开发一种不同的医疗微机器人。“它具有生物相容性,且成本低。”

  

  

显微镜下螺旋藻微型机器人的移动

  他提到的生物相容性是一个非常重要的特性。微型机器人会在数小时或数天内降解,这取决于其涂层的厚度;但它不会损害大多数细胞。唯一的例外是癌细胞——在实验室培养皿中生长的肿瘤细胞,大约有90%在暴露于螺旋藻中48小时后被杀死了。

  德国斯图加特市马克斯·普朗克学会智能系统研究所的物理化学家Peer Fischer说:“杀死肿瘤细胞的行为似乎是一个有趣的、意想不到的特征。”进一步的测试表明,螺旋藻会产生一种对癌细胞有毒性的化合物。

  但是对于全世界现有的6支正在开发这种微型机器人的研究团队来说,未来还有很长的路要走。例如,张力的团队仍然需要证明他们的微机器人可以携带货物——例如在螺旋体中附着的药物,并且能够比服用或注射更有效地传递这些药物。

  “它还没有准备好供医生使用。”Wang说,但他认为再过10年,这项技术可能就已经准备好了。“每个人都想实现这个奇妙的旅程。”

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