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科學家用磁場操縱藻類機器人

時間(jian):2018-01-25 作者(zhe):中國科(ke)學(xue)報 閱讀(du):3770

幾十年來,工程(cheng)師們一(yi)直(zhi)在(zai)努(nu)力打造能(neng)夠在(zai)人(ren)體(ti)內部運送藥(yao)物或進行手(shou)術(shu)的(de)醫療機器人(ren)——這在(zai)1966年的(de)科(ke)幻電影(ying)《奇(qi)異(yi)之旅》中并(bing)沒(mei)有多么神(shen)奇(qi)。

現在,通過對磁信號的(de)響應,科學家已(yi)經(jing)能夠操縱螺旋藻(zao)——一種(zhong)微小的(de)植物(wu)和食物(wu)補充劑——從人(ren)體中穿過。這種(zhong)生物(wu)混合機(ji)器人(ren)有朝(chao)一日可以將藥物(wu)運送到身(shen)體的(de)特定部(bu)位(wei),從而減少副作用(yong)。更有甚者,這種(zhong)機(ji)器人(ren)以及(ji)它的(de)磁場似乎可以殺死(si)癌細胞。

作為一種海藻,螺(luo)(luo)旋藻看起來就像一個微(wei)小的螺(luo)(luo)旋狀彈(dan)簧。在(zai)微(wei)觀層面,研究人(ren)員(yuan)一直(zhi)在(zai)嘗(chang)試(shi)用桿(gan)、管、球,甚至不比細胞大的籠子制造機器人(ren),并取得了不同程度的成功。

在(zai)這些微型設(she)備上(shang)安(an)裝有(you)(you)足夠(gou)動力的電源(yuan)是(shi)一項(xiang)相當具有(you)(you)難度的挑(tiao)戰,因(yin)為大多數(shu)潛在(zai)的燃料對人類都是(shi)有(you)(you)害(hai)的。另(ling)一個問題是(shi),為這種微型機(ji)器人在(zai)身體(ti)的蛋白質和其他分子迷宮中導航,需要一種控制其運動并觀察其位置的方法。

因此,中(zhong)國香港中(zhong)文大學的材料科學家(jia)張力(音(yin)譯)就(jiu)把目光(guang)轉向了磁(ci)性和(he)生物(wu)(wu)有(you)機(ji)體(ti)。在身體(ti)外(wai)部(bu)產生的磁(ci)場可以(yi)穿透活(huo)體(ti)組織而(er)(er)不(bu)對其產生傷害,從(cong)而(er)(er)使得研究人員能(neng)夠(gou)在體(ti)內移(yi)動磁(ci)化(hua)的物(wu)(wu)體(ti)。

為了最大限度(du)地提高(gao)移動性(xing),能(neng)夠快速(su)旋(xuan)轉的(de)螺(luo)旋(xuan)體無(wu)疑是(shi)最好的(de)。也(ye)就是(shi)說(shuo)加入螺(luo)旋(xuan)藻。“你能(neng)在自然(ran)界中(zhong)找(zhao)到這(zhe)樣一(yi)個方便的(de)結構并且表現得(de)非常好,這(zhe)是(shi)很讓人驚訝的(de)。”并未(wei)參與該項研究的(de)Peer Fischer說(shuo)。他(ta)是(shi)德(de)國斯圖加特市(shi)馬克斯·普朗(lang)克學(xue)會智能(neng)系統(tong)研究所的(de)物理化學(xue)家。

生(sheng)物相容(rong)性是(shi)一(yi)個非常重要的(de)(de)特(te)性。微型機器人(ren)會在(zai)數(shu)小(xiao)時或數(shu)天內降解,這取決于(yu)其涂層的(de)(de)厚(hou)度;但它不會損害(hai)大多數(shu)細(xi)胞(bao)。唯一(yi)的(de)(de)例外(wai)是(shi)癌細(xi)胞(bao)——在(zai)實驗室(shi)培養(yang)皿(min)中生(sheng)長的(de)(de)腫(zhong)瘤細(xi)胞(bao),大約有(you)90%在(zai)暴(bao)露于(yu)螺(luo)旋藻中48小(xiao)時后被殺死(si)了(le)。進一(yi)步(bu)的(de)(de)測試表明,螺(luo)旋藻會產(chan)生(sheng)一(yi)種僅對癌細(xi)胞(bao)有(you)毒(du)性的(de)(de)化合(he)物。“殺死(si)腫(zhong)瘤細(xi)胞(bao)的(de)(de)行為似乎是(shi)一(yi)個有(you)趣(qu)的(de)(de)、意想不到的(de)(de)特(te)征。”Fischer說(shuo)。

但是對于全世界(jie)現有的(de)(de)6支正在(zai)(zai)開發這(zhe)種微(wei)型機(ji)器(qi)人(ren)的(de)(de)研究團隊來(lai)說,未來(lai)還(huan)有很長的(de)(de)路要走。例如,張力(li)的(de)(de)團隊仍然(ran)需要證(zheng)明他(ta)們的(de)(de)微(wei)機(ji)器(qi)人(ren)可以(yi)攜帶貨物——例如在(zai)(zai)螺旋體中附著的(de)(de)藥物,并且(qie)能夠比服(fu)用(yong)或注射更有效地傳遞這(zhe)些(xie)藥物。

“它還沒有(you)準備好供(gong)醫生使用。”Wang說,但他認為再過10年,這(zhe)項技術可能就(jiu)已經準備好了。“每個人都想實現這(zhe)個奇妙(miao)的旅程(cheng)。”