以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University)的研究人员发明了一种生物细胞大小的微型机器人,它可以利用电场和磁场进行导航,并可以识别和捕获单个细胞,为广泛的应用打开了大门。
上图:研究人员创造了一种由电场和磁场驱动的微型机器人,可以识别和捕获单个人体细胞。
受到细菌和精子等生物“游泳者”的启发,研究人员开发了一种微型机器人(直径约10微米),它能够自主或由操作员控制在人体内移动。
使用磁场来推动微型机器人,也被称为微型电机,很有吸引力。它不需要燃料,也不需要磁铁与身体组织直接接触,可以精确地操纵,并且可以在很宽的温度和溶液导电性范围内工作。电力驱动的微型电机有其优点,比如选择性的货物装载、运输和释放,还能利用电能使电池“变形”,但它们也有一些缺点。所以,把两者结合起来是很简单的。
该研究的通讯作者吉拉德·约西弗(Gilad Yossifon)说:“到目前为止,基于电引导机制运行的微型机器人,在某些导电性相对较高的环境中并不有效,比如在生理环境中,电驱动的效率较低。这就是互补磁机制发挥作用的地方,无论环境的导电性如何,这种机制都非常有效。”
一旦混合推进系统组装好,研究人员就能够展示微型机器人的能力。他们用它捕获了单个红细胞、癌细胞和单个细菌,证明了这个微型机器人可以区分健康的细胞和被药物破坏的细胞,或者正在死亡的细胞,以及正在经历自然的“自杀”过程(细胞凋亡)的细胞。一旦捕获到细胞,就可以将其转移到外部仪器进行进一步分析。
但是,这种混合微型机器人的优势在于,它也可以通过感知非标记细胞的状态来捕获它们。这是第一个基于微机器人的无标记凋亡细胞的传感研究。
吉拉德·约西弗说:“我们的新发展在两个主要方面极大地推进了这项技术:混合动力推进和通过两种不同的机制(电和磁)导航。此外,微型机器人具有更好的识别和捕获单个细胞的能力,而不需要标记,可用于本地测试或检索并传输到外部仪器。”
虽然,目前微型机器人的测试是在体外进行的,但考虑到其广泛应用的潜力,研究人员希望它能很快在体内进行测试。
吉拉德·约西弗说:“在其他方面,这项技术将支持以下领域:单细胞水平的医学诊断,将药物或基因引入细胞,基因编辑,将药物携带到体内的目的地,清除环境中的污染颗粒,药物开发,以及创建一个‘粒子上的实验室’。”