用磁場操縱藻類機器人 可穿過身體殺死癌細胞

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用磁場操縱藻類機器人 可穿過身體殺死癌細胞  

  

打造能夠在人體內運送藥物或者進行手術的機器人，是工程師幾十年來不斷努力的方向。如今，通過磁信號的響應，科學家已經能夠操縱螺旋藻機器人在體內穿行。更有甚者，這種機器人以及它的磁場似乎可以殺死癌細胞。

2017年11月22日，《科學機器人》雜誌刊登了香港中文大學的材料科學家張力（音譯）及其團隊的最新研究成果，利用氧化鐵納米顆粒包裹數百萬個螺旋藻來磁化海藻，通過磁場將這些衛星機器人引導至特定位置，然後使用核磁共振（NMR）的醫學成像技術監測其發出的螢光，在身體深處跟蹤其路線。
　　

利用磁場來控制螺旋藻微型機器人的運動  《科學》雜誌視頻截圖

圓柱形螺旋狀的絲狀體，單生或集群聚生，藻絲直徑5-10μm（微米），螺旋數2-7個。藻體可以顫動和旋轉運動，常像圍繞著一個縱軸似地很快旋轉，向前爬行。

迄今為止，科學家反覆試驗各種形狀的人造機器，有杆狀的、管狀的、球狀的，甚至是比一個細胞還小的籠子狀的。為這些微小設備持續提供能量一直是項挑戰，一是: 大多數供能的燃料對人體都具有毒性，二是: 由於人體富含迷宮般的蛋白質和其他分子，如何控制微型機器的運動方向也是難點之一。由螺旋藻擔任微型機器人則能夠很好地解決這兩大難點。

此外，研究人員開發了一種一步合成法來磁化海藻——用氧化鐵納米顆粒包裹了數百萬個螺旋藻。較長的浸出時間可以實現更多的控制，但是較短的浸出時間卻使研究人員能夠更容易地檢測到螢光。

　　
利用氧化鐵納米顆粒包裹螺旋藻以對其磁化

在身體外部產生的磁場可以穿透活體組織而不對其產生傷害，因此研究人員能夠控制體內磁化的藻類微型機器人。通過NMR研究人員觀察到，在磁場引導下，微型機器人在老鼠的胃裏聚集。

美國加州大學聖迭戈分校納米工程師Joseph Wang說：“這是一個進步，你可以在身體內追蹤這些游泳者。”他正在開發一種不同的醫療微機器人。“它具有生物相容性，且成本低。”

　　
顯微鏡下螺旋藻微型機器人的移動

他提到的生物相容性是一個非常重要的特性。微型機器人會在數小時或數天內分解，這取決於其塗層的厚度；但它不會損害大多數細胞。唯一的例外是癌細胞——在實驗室培養皿中生長的腫瘤細胞，大約有90%在暴露於螺旋藻中48小時後被殺死。

德國斯圖加特市馬克斯·普朗克學會智能系統研究所的物理化學家Peer Fischer說：“殺死腫瘤細胞的行為似乎是一個有趣的、意想不到的特徵。”進一步的測試顯示，螺旋藻會產生一種對癌細胞有毒性的化合物。

但是對於全世界現有的6支正在開發這種微型機器人的研究團隊來說，未來還有很長的路要走。例如，張力的團隊仍然需要證明他們的微機器人可以攜帶貨物——例如在螺旋體中附著的藥物，並且能夠比服用或注射更有效地傳遞這些藥物。

“它還沒有準備好供醫師使用。”Wang說，但他認為再過10年，這項技術可能就已經準備好了。“每個人都想實現這個奇妙的旅程。”  

觀察者網