超聲波供電的微型機器人：能清除血液中的細菌與毒素！

導讀

近日，美國加州大學聖地亞哥分校的工程師們開發出一種由超聲波供電的微型機器人，它可以在血液中遊動，去除有害的細菌及其產生的毒素。

背景

近年來，科學家們一直在研究能夠更好地服務人類健康以及治療疾病的微型機器人。這些微型機器人能進入人體並在特定位置給葯，或者展開精準的手術，例如清除動脈擁堵。對於這種類型的研創新究案例，筆者之前也有過介紹，讓我們先來回顧一下：

1）美國麻省理工學院，英國謝菲爾德大學，日本東京工業大學的研究人員開發出一種微型摺紙機器人，它可以經壓縮後放進可吞咽的膠囊中，當膠囊溶解後，它將自己打開並接受外部磁場控制在胃壁上爬動，用於移除誤吞的紐扣電池或者修復傷口。

2）瑞士洛桑聯邦理工學院和蘇黎世聯邦理工學院的科學家們，受細菌的運動方式啟發，設計出一種可重構的微型機器人。在電磁場遠程控制下，它可以在人體內運動，用於給葯或者手術。

（圖片來源：Selman Sakar）

創新

今天，筆者要為大家介紹一種新的微型機器人。近日，美國加州大學聖地亞哥分校的工程師們開發出一種由超聲波供電的微型機器人，它可以在血液中遊動，去除有害的細菌以及它們產生的毒素。

塗有血細胞和血小板混合物薄膜的納米機器人的彩色掃描電鏡影像

（圖片來源：Esteban-Fernández de ávila/Science Robotics）

這項研究於5月30日發表在《Science Robotics》雜誌上，它融合了加州大學聖地亞哥分校雅各布工程學院納米工程系教授 Joseph Wang 和 Liangfang Zhang 開創的技術。Wang 的團隊開發了超聲波供電的納米機器人，Zhang 的團隊發明了在自然細胞膜中塗覆納米顆粒的技術。

技術

研究人員在金納米線塗上血小板和紅細胞混合物的膜，製造出納米機器人。細胞混合物的膜塗層，使得納米機器人可以一次開展兩種不同細胞的任務：血小板，捆綁耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）病原體（一種耐抗生素的金黃色葡萄球菌菌株）；紅細胞，吸收並中和這些細菌產生的毒素。

（圖片來源：加州大學聖地亞哥分校）

納米機器人的金體可以響應超聲波，使其在沒有化學燃料的情況下迅速地遊來遊去。這種移動能力幫助納米機器人在血液中與它們的目標（細菌和毒素）有效地融合，並加速解毒。

Wang 表示：「通過將自然的細胞塗層結合到人工合成的納米機器上，我們能夠賦予微型機器人新功能，例如從身體和其他母體中去除病原體和毒素。這是一個適合各種療法和生物解毒應用的概念驗證型平台。」

論文的共同第一作者、加州大學聖地亞哥分校 Wang 的研究小組的博士後訪問學者 Berta Esteban-Fernández de ávila 表示：「這個想法創造出的多功能納米機器人可以一次開展不同的任務。在每個納米機器人塗層中將血小板和紅細胞相結合，可以產生相互促進的作用，血小板的攻擊目標是細菌，而紅細胞則是針對細菌產生的毒素並中和這些毒素。」塗層也可以防止納米機器人受到一種稱為「生物淤積」的過程的影響。當蛋白質聚積在外界物體上，會妨礙它們正常工作。

MRSA細菌附著在塗有細胞混合物薄膜的納米機器人上的掃描電鏡影像

（圖片來源：Esteban-Fernández de ávila/Science Robotics）

為了創造出混合物塗層，研究人員首先將整個膜從血小板和紅細胞中分離出來，然後施加高頻超聲波將這些膜融合到一起。因為膜是從實際的細胞中分離出來的，所以具有原始細胞表面蛋白質的所有功能。為了製造這種納米機器人，研究人員採用特定的表面化學將混合物薄膜塗覆到金納米線上。

納米機器人的寬度不足人類頭髮絲的1/25。通過超聲波供電，納米機器人在血液中遊動的速度可達35微米每秒。在測試中，研究人員採用納米機器人處理受到MRSA及其毒素汙染的血液樣本。五分鐘之後，這些血液樣本中的細菌和毒素的數量，變為未經處理的樣本中的細菌和毒素的數量的三分之一。

價值

這種概念驗證型納米機器人，未來將為生物體液的解毒與凈化提供一種安全有效的方法。這項研究仍處於早期階段。研究人員表示，最終的目標並不是將納米機器人專門用於治療MRSA感染，而更普遍的應用是為生物體液解毒。

未來

未來的研究工作包括在活的動物中展開測試。團隊也在致力於用生物可降解的材料取代金來製造納米機器人。

關鍵字

機器人、、、

參考資料

【1】http://jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id=2550

【2】http://dx.doi.org/10.1126/scirobotics.aat0485