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器人形狀，例如，桿狀的、球狀的、多面體，等等。而如何為這些機器人有效地供能也一直是個挑戰(zhàn)，因為大部分的供能物質(zhì)都會對生物體產(chǎn)生一定的傷害性。

最近，一項發(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的團隊，發(fā)表了關(guān)于磁化螺旋藻的一項研究成果，讓人眼前一亮。

螺旋藻的運動形式 圖片來源：Science視頻截圖

螺旋藻是一種微型的藻類，很多時候，我們都將它用作膳食補充劑，對人體來說，健康無害。螺旋藻的形狀賦予了它獨特的運動特點，它的藻體可以以自身為軸，快速地旋轉(zhuǎn)運動，向前穿行。螺旋的形狀，具有強大的穿透能力，這個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)計合成微機器人，實驗證明，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器人在身體表面附近的路線。那么深層次的追蹤如何進行呢？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候進行跟蹤。

通過氧化鐵對螺旋藻進行磁化 圖片來源：Science視頻截圖

為了能夠有效控制螺旋藻在體內(nèi)的穿行運動，并追蹤在身體深處的運動軌跡，研究人員決定對螺旋藻進行磁化。他們利用氧化鐵納米顆粒包裹數(shù)百萬個螺旋藻來磁化海藻，通過磁場將這些螺旋藻機器人引導(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)較長的浸出時間可以實現(xiàn)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熒光。

研究人員在小鼠模型上進行了嘗試。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)的螺旋藻機器人，并引導(dǎo)微型機器人在老鼠的胃里聚集。

螺旋藻機器人的運動 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：“這是一個進步，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器人一個非常重要的優(yōu)點。它們會由于涂層的厚度的不同，在數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)在體內(nèi)降解；更重要的是，它不會損害大多數(shù)細胞。但癌細胞是個例外——在實驗室培養(yǎng)皿中生長的腫瘤細胞，大約有90%在暴露于螺旋藻中48小時后被殺死了。這是個振奮人心的消息。

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：“殺死腫瘤細胞的行為似乎是一個有趣的、意想不到的特征。”進一步的測試表明，螺旋藻會產(chǎn)生一種對癌細胞有毒性的化合物。

雖然，距離這種螺旋藻機器人真正應(yīng)用于臨床還有很長的路要走，但是，這項有趣的發(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器人 可穿過身體并殺死癌細胞

來源：康健新視野（微信號 HealthHorizon）