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329德國研發出近似人體白細胞的微型機器人
近日，德國馬克斯·普朗克智能系統研究所(MPI-IS)成功開發出大小、形狀和活動性與白細胞相似的微型機器人，并在磁場的導航控制下實現了微型機器人在模擬血管中的快速逆行，為將來通過微型機器人將藥物運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，材料，控制和成像等方面的重大進步，微機械研究領域得到了長足發展。然而，當前的微型機器人大多只能到達可以觀察到或相對容易接近的組織(例如胃腸道)，以及緩慢流動的環境。如何讓微型機器人克服粘滯力，到達體內深處，并在人體復雜環境中實現精準操控，是圍繞靶向藥物精準輸送研究面臨的重大挑戰。
現在，德國馬克斯·普朗克智能系統研究所的科學家以白細胞為模型，成功開發了一款微型機器人，其大小，形狀和活動性與白細胞相似。在實驗室模擬血管的環境下，這種微型機器人可以攜帶抗癌藥物，在人工操縱下較快地進行有目的地運動。相關成果發表在近日的《科學機器人》雜志上。
白細胞是一類無色、球形、有核的血細胞。它是免疫系統的守護者，也是科學家的靈感來源，因為白細胞是血液中唯一有活躍移動能力的細胞。它能夠從毛細血管內皮細胞的間隙中滲出，進入血管周圍組織內，并在其中游走。馬克斯·普朗克智能系統研究所的科學家認真研究這一現象，希望利用這一仿生策略來創建一個靶向藥物精準輸送的新平臺。
科學家們為此研發了一款直徑約八微米的微型機器人。這種微型機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器人的一側，可以發現癌細胞的特殊分子作為癌癥藥物附著在另一側。在實驗室模擬血管的環境中，研究人員使用顯微鏡對機器人進行成像，然后使用電磁線圈對其進行控制，成功操縱微型機器人快速運動。
論文第一作者尤努斯·阿拉潘(Yunus Alapan)博士說：“借助磁場，我們的微型機器人可以在導航控制下逆流穿過模擬血管，由于血液流動和密集的細胞環境，這是一個挑戰。此前還沒有類似微型機器人能夠承受這樣的流體。但是我們做到了！此外，我們的機器人還可以獨立識別它們感興趣的細胞，例如癌細胞。它們之所以可以這樣是因為我們用細胞特異性抗體包裹著它們。這樣，人們可以在運動中(精準地)釋放藥物分子?！?/span>
在實驗室中，微型機器人的運動速度可達每秒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器人中速度最快的。項目負責人，馬克斯·普朗克智能系統研究所物理智能部主任梅丁·西蒂(Metin Sitti)教授表示，“我們的愿景是創建用于微創及靶向藥物輸送的下一代運輸工具，它們可以(像白細胞一樣穿過血管)進一步滲透到體內，使難以到達的區域更容易被接近?！?/span>
不過，目前這種微型機器人還沒有在人體中進行過測試。參與研究的博士生烏古爾·博祖尤克(Ugur Bozuyuk)說：“在醫院中，當前成像方法的分辨率還不夠高，無法對人體中的單個微型機器人進行成像。此外，考慮到微型機器人(大約10微米)和器官組織(數千微米)之間的大小差異，單個微型機器人可以攜帶的載藥量顯然也不夠。人們必須能夠在一個群中一起操縱多個微型機器人，以獲得足夠的效果。我們離此還有很長的路要走，這僅僅是個開始。”
