科学家用磁场操纵藻类机器人

螺旋藻图片来源:科学

几十年来，工程师们一直在努力制造能够在人体内输送药物或进行手术的医疗机器人——这在1966年的科幻电影《奇异之旅》中并不令人惊讶

现在，为了响应磁信号，科学家已经能够通过人体操纵螺旋藻，一种微小的植物和食物补充物。这种生物混合机器人有一天可以将药物输送到身体的特定部位，从而减少副作用。此外，机器人及其磁场似乎可以杀死癌细胞。

作为一种海藻，螺旋藻看起来像一个微小的螺旋弹簧。在微观层面上，研究人员一直在尝试制造带有杆、管、球甚至比细胞还小的笼子的机器人，并取得了不同程度的成功。

在这些微型设备上安装足够的电源是一个相当困难的挑战，因为大多数潜在的燃料对人类有害。另一个问题是，这种微型机器人要在人体的蛋白质和其他分子迷宫中导航，需要一种方法来控制它的运动和观察它的位置。

因此，中国香港中文大学的材料科学家张力将注意力转向了磁学和生物有机体。在体外产生的磁场可以穿透活体组织而不损伤它，从而使研究人员能够在体内移动磁化物体。

为了最大限度地提高机动性，可以快速旋转的螺旋无疑是最好的。换句话说，添加了螺旋藻。"令人惊讶的是，你能在自然界中找到这样一种方便的结构，而且表现得非常好。"没有参与这项研究的皮尔·费希尔说。他是德国斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所的物理化学家。

几年前，张力和他的同事将海藻作为微型机器人合成的灵感来源，并在一定程度上发挥了作用。这一次，科学家决定使用海藻本身。

他们需要一种方法来跟踪人体内的机器人，而藻类可以产生荧光。然后，研究人员想知道他们是否可以通过探测荧光来追踪机器人靠近身体表面的轨迹，然后使用一种常用的医学成像技术——核磁共振(NMR)来追踪它在体内的更深处。核磁共振的工作原理是在成像前检测提供给病人的磁性粒子。

研究人员开发了一种一步合成方法来磁化藻类——使用氧化铁纳米粒子来包裹数百万螺旋藻。较长的浸出时间可以实现更多的控制，但较短的浸出时间使研究人员更容易检测荧光。当机器人太深而无法用这种方法操作时，核磁共振仍然可以跟踪机器人的路径，这是由于机器人的涂层。研究人员在11月22日的《科学机器人》杂志上报道了这一结果。通过核磁共振，研究人员观察到在磁场的引导下，微型机器人聚集在老鼠的胃里。

加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师约瑟夫·王说:“这是一个进步。你可以在你的身体里追踪这些游泳者。”他正在开发一种不同类型的医用微型机器人。"它具有生物相容性和低成本."

生物相容性是一个非常重要的特征。微型机器人将在数小时或数天内退化，这取决于其涂层的厚度。但它不会损伤大多数细胞。唯一的例外是癌细胞——生长在实验室培养皿中的肿瘤细胞，其中约90%在接触螺旋藻48小时后被杀死。进一步的测试表明，螺旋藻会产生一种仅对癌细胞有毒的化合物。"杀死肿瘤细胞似乎是一个有趣而意想不到的特征."费舍尔说。

但是，对于目前正在开发这种微型机器人的全球六个研究团队来说，还有很长的路要走。例如，紧张小组仍然需要证明他们的微型机器人能够运送货物，例如附着在螺旋体上的药物，并且能够比服用或注射药物更有效地输送这些药物。

"医生还没准备好使用它。"王说，但他认为这项技术可能在未来10年内准备就绪。“每个人都想实现这个美妙的旅程。”

(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2017-127，第二版国际)