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249德國研發(fā)出近似人體白細(xì)胞的微型機(jī)器人
近日，德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所(MPI-IS)成功開發(fā)出大小、形狀和活動(dòng)性與白細(xì)胞相似的微型機(jī)器人，并在磁場(chǎng)的導(dǎo)航控制下實(shí)現(xiàn)了微型機(jī)器人在模擬血管中的快速逆行，為將來通過微型機(jī)器人將藥物運(yùn)送到患者病灶深處鋪平了道路。
在過去的二十年中，由于制造技術(shù)，材料，控制和成像等方面的重大進(jìn)步，微機(jī)械研究領(lǐng)域得到了長足發(fā)展。然而，當(dāng)前的微型機(jī)器人大多只能到達(dá)可以觀察到或相對(duì)容易接近的組織(例如胃腸道)，以及緩慢流動(dòng)的環(huán)境。如何讓微型機(jī)器人克服粘滯力，到達(dá)體內(nèi)深處，并在人體復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控，是圍繞靶向藥物精準(zhǔn)輸送研究面臨的重大挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在，德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的科學(xué)家以白細(xì)胞為模型，成功開發(fā)了一款微型機(jī)器人，其大小，形狀和活動(dòng)性與白細(xì)胞相似。在實(shí)驗(yàn)室模擬血管的環(huán)境下，這種微型機(jī)器人可以攜帶抗癌藥物，在人工操縱下較快地進(jìn)行有目的地運(yùn)動(dòng)。相關(guān)成果發(fā)表在近日的《科學(xué)機(jī)器人》雜志上。
白細(xì)胞是一類無色、球形、有核的血細(xì)胞。它是免疫系統(tǒng)的守護(hù)者，也是科學(xué)家的靈感來源，因?yàn)榘准?xì)胞是血液中唯一有活躍移動(dòng)能力的細(xì)胞。它能夠從毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的間隙中滲出，進(jìn)入血管周圍組織內(nèi)，并在其中游走。馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的科學(xué)家認(rèn)真研究這一現(xiàn)象，希望利用這一仿生策略來創(chuàng)建一個(gè)靶向藥物精準(zhǔn)輸送的新平臺(tái)。
科學(xué)家們?yōu)榇搜邪l(fā)了一款直徑約八微米的微型機(jī)器人。這種微型機(jī)器人由微小的玻璃顆粒組成，鎳金材料制成的磁性納米膜覆蓋在球形微型機(jī)器人的一側(cè)，可以發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞的特殊分子作為癌癥藥物附著在另一側(cè)。在實(shí)驗(yàn)室模擬血管的環(huán)境中，研究人員使用顯微鏡對(duì)機(jī)器人進(jìn)行成像，然后使用電磁線圈對(duì)其進(jìn)行控制，成功操縱微型機(jī)器人快速運(yùn)動(dòng)。
論文第一作者尤努斯·阿拉潘(Yunus Alapan)博士說：“借助磁場(chǎng)，我們的微型機(jī)器人可以在導(dǎo)航控制下逆流穿過模擬血管，由于血液流動(dòng)和密集的細(xì)胞環(huán)境，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。此前還沒有類似微型機(jī)器人能夠承受這樣的流體。但是我們做到了！此外，我們的機(jī)器人還可以獨(dú)立識(shí)別它們感興趣的細(xì)胞，例如癌細(xì)胞。它們之所以可以這樣是因?yàn)槲覀冇眉?xì)胞特異性抗體包裹著它們。這樣，人們可以在運(yùn)動(dòng)中(精準(zhǔn)地)釋放藥物分子。”
在實(shí)驗(yàn)室中，微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)每秒600微米。這大約是其體長的76倍，這使其成為這種大小的磁性微型機(jī)器人中速度最快的。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所物理智能部主任梅丁·西蒂(Metin Sitti)教授表示，“我們的愿景是創(chuàng)建用于微創(chuàng)及靶向藥物輸送的下一代運(yùn)輸工具，它們可以(像白細(xì)胞一樣穿過血管)進(jìn)一步滲透到體內(nèi)，使難以到達(dá)的區(qū)域更容易被接近。”
不過，目前這種微型機(jī)器人還沒有在人體中進(jìn)行過測(cè)試。參與研究的博士生烏古爾·博祖尤克(Ugur Bozuyuk)說：“在醫(yī)院中，當(dāng)前成像方法的分辨率還不夠高，無法對(duì)人體中的單個(gè)微型機(jī)器人進(jìn)行成像。此外，考慮到微型機(jī)器人(大約10微米)和器官組織(數(shù)千微米)之間的大小差異，單個(gè)微型機(jī)器人可以攜帶的載藥量顯然也不夠。人們必須能夠在一個(gè)群中一起操縱多個(gè)微型機(jī)器人，以獲得足夠的效果。我們離此還有很長的路要走，這僅僅是個(gè)開始。”
