發(fā)布日期：2017-11-30
我們都知道，在過去的很多年里，許多科學(xué)家都希望讓各種微型機(jī)器人可以有效地穿過身體，執(zhí)行藥物遞送、治療或檢測等功能。他們嘗試了很多的機(jī)器人形狀，例如，桿狀的、球狀的、多面體，等等。而如何為這些機(jī)器人有效地供能也一直是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)榇蟛糠值墓┠芪镔|(zhì)都會對生物體產(chǎn)生一定的傷害性。
最近，一項(xiàng)發(fā)表在雜志《Science Robotics》上的研究，非常的有趣。來自中國香港大學(xué)材料科學(xué)家Li Zhang的團(tuán)隊(duì)，發(fā)表了關(guān)于磁化螺旋藻的一項(xiàng)研究成果，讓人眼前一亮。
螺旋藻的運(yùn)動(dòng)形式 圖片來源：Science視頻截圖
螺旋藻是一種微型的藻類，很多時(shí)候，我們都將它用作膳食補(bǔ)充劑，對人體來說，健康無害。螺旋藻的形狀賦予了它獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，它的藻體可以以自身為軸，快速地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，向前穿行。螺旋的形狀，具有強(qiáng)大的穿透能力，這個(gè)理論我們在日常生活中也并不陌生，例如，螺絲可以穿透模板，以及紅酒的開瓶器可以輕易的鉆入木塞的深處，這是桿狀以及球狀所不具備的功能。
研究人員以此獲得啟發(fā)，螺旋形狀是否能夠幫助微型機(jī)器人在身體內(nèi)很好的穿行呢？很快，科學(xué)家們獲得了肯定的答案。
幾年前，Zhang教授和他的同事們用螺旋藻作為靈感，來設(shè)計(jì)合成微機(jī)器人，實(shí)驗(yàn)證明，它在某種程度上是可行的。
這一次，科學(xué)家們決定使用藻類本身。他們需要一種方法來追蹤體內(nèi)的機(jī)器人，而海藻本身可以產(chǎn)生熒光。研究人員想知道，他們是否可以通過檢測這種熒光來跟蹤機(jī)器人在身體表面附近的路線。那么深層次的追蹤如何進(jìn)行呢？然后，研究人員想到了常用的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)——核磁共振(NMR)，使用這種技術(shù)可以對它在身體的更深部分的時(shí)候進(jìn)行跟蹤。
通過氧化鐵對螺旋藻進(jìn)行磁化 圖片來源：Science視頻截圖
為了能夠有效控制螺旋藻在體內(nèi)的穿行運(yùn)動(dòng)，并追蹤在身體深處的運(yùn)動(dòng)軌跡，研究人員決定對螺旋藻進(jìn)行磁化。他們利用氧化鐵納米顆粒包裹數(shù)百萬個(gè)螺旋藻來磁化海藻，通過磁場將這些螺旋藻機(jī)器人引導(dǎo)至特定位置，然后使用核磁共振（NMR）的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)監(jiān)測它所發(fā)出的熒光，對它們在身體內(nèi)的路線進(jìn)行有效的跟蹤。
在磁化海藻的過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)較長的浸出時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)更多的控制，但是較短的浸出時(shí)間卻使研究人員能夠更容易地檢測到熒光。
研究人員在小鼠模型上進(jìn)行了嘗試。通過NMR，研究人員觀察到，在外加磁場引導(dǎo)下，研究人員能夠有效控制體內(nèi)的螺旋藻機(jī)器人，并引導(dǎo)微型機(jī)器人在老鼠的胃里聚集。
螺旋藻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 圖片來源：Science視頻截圖
美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校納米工程師Joseph Wang說：“這是一個(gè)進(jìn)步，你可以在身體內(nèi)追蹤這些游泳者。它具有生物相容性，且成本低。”
他提到的生物相容性是螺旋藻機(jī)器人一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)。它們會由于涂層的厚度的不同，在數(shù)小時(shí)或數(shù)天內(nèi)在體內(nèi)降解；更重要的是，它不會損害大多數(shù)細(xì)胞。但癌細(xì)胞是個(gè)例外——在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中生長的腫瘤細(xì)胞，大約有90%在暴露于螺旋藻中48小時(shí)后被殺死了。這是個(gè)振奮人心的消息。
德國斯圖加特市馬克斯·普朗克學(xué)會智能系統(tǒng)研究所的物理化學(xué)家Peer Fischer說：“殺死腫瘤細(xì)胞的行為似乎是一個(gè)有趣的、意想不到的特征。”進(jìn)一步的測試表明，螺旋藻會產(chǎn)生一種對癌細(xì)胞有毒性的化合物。
雖然，距離這種螺旋藻機(jī)器人真正應(yīng)用于臨床還有很長的路要走，但是，這項(xiàng)有趣的發(fā)現(xiàn)，為科學(xué)家們帶來了更多的靈感。未來，也許會有更讓我們期待的奇妙組合出現(xiàn)。
參考資料
[1] Magnetically-Controlled OrganicMicrobots Could Change Medicine in the Next Decade
[2] This robot made of algae can swimthrough your body—thanks to magnets
[3] 科學(xué)家用磁場操縱藻類機(jī)器人 可穿過身體并殺死癌細(xì)胞
來源：康健新視野（微信號 HealthHorizon）
