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科幻!ACS NANO:納米機器人用于腫瘤細胞局部治療

更新時間:2021-11-04  |  點擊率:658

很多科幻電影里都有將微型機器人植入人體,對人體進行控制或者改造的情節(jié)。如今,這種在科幻電影里才能出現(xiàn)的場景已經(jīng)不是天方夜譚!2021年10月,《ACS NANO》最新刊登了來自合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心的最新研究成果:Environmentally AdaptiveShape-MorphingMicrorobots for Localized Cancer CellTreatment。在這一研究中,研究者們利用pH響應(yīng)水凝膠設(shè)計和制作了一種微型結(jié)構(gòu)。這種微型結(jié)構(gòu)被設(shè)計成可愛的魚和螃蟹的形狀,通過改變環(huán)境的pH可以控制魚鰭的收縮和蟹鉗的閉合,本質(zhì)上就是pH調(diào)控的水凝膠膨脹程度的變化。另一方面,通過在水凝膠微型結(jié)構(gòu)修飾磁性材料使其具有了磁感應(yīng)性能,可以利用磁場來驅(qū)動水凝膠微型結(jié)構(gòu)的位置變化。

具體來說,研究者們首先通過一步法4D打印技術(shù)制備水凝膠微型魚結(jié)構(gòu),在pH小于9時,水凝膠膨脹程度減小,使魚鰭收縮,在微觀結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為水凝膠空隙由500nm減小為200nm。類似的,水凝膠微型螃蟹結(jié)構(gòu)被設(shè)計成了蟹鉗的收縮現(xiàn)象。


之后,為了使這種微型結(jié)構(gòu)具備磁感應(yīng)能力,研究者們利用SiO2包被的Fe3O4納米顆粒修飾了水凝膠微型結(jié)構(gòu)。通過控制pH,這種水凝膠微型螃蟹結(jié)構(gòu)的蟹鉗可以由2微米張開到14微米。在pH大于9時,貨物進入張開的蟹鉗中;調(diào)節(jié)pH小于9,蟹鉗夾?。ㄑb載)貨物,在磁場中移動到目的位置后,調(diào)節(jié)pH張開蟹鉗釋放貨物,就完成了整個過程。

為了在生理環(huán)境中應(yīng)用,研究者們設(shè)計了以pH7.4為臨界值的水凝膠微型小魚。微型小魚(嘴)裝載阿霉素(DOX)后加入PBS,水凝膠發(fā)生膨脹封裝DOX,運動到目的位置后,調(diào)節(jié)pH小于7.4,水凝膠收縮張開封口釋放DOX,殺死Hela細胞(一種癌細胞)。這種微型小魚的運動軌跡由外加磁場控制。與對照相比,裝載DOX并且順利釋放DOX的微型小魚附近的Hela細胞明顯被殺死(死細胞染色呈紅色)。


此外,研究者們還在人造血管的環(huán)境中驗證了水凝膠微型小魚的功能。使用光刻和PDMS模塑制作人造血管,并用磁驅(qū)微型小魚對局部的HeLa細胞進行處理。與對照相比,微型小魚局部的DOX濃度隨時間越來越高,對Hela細胞的殺傷也越來越明顯。

總結(jié):隨環(huán)境變形的磁驅(qū)水凝膠微納米結(jié)構(gòu)(納米機器人)實現(xiàn)了微觀上局部藥物(DOX)包封和可控釋放。不僅如此,它們還可以改造用以操作或者保護各種分子,比如容易被破壞的藥物分子和多肽藥物等。因此,微納米機器人技術(shù)在腫瘤治療、干細胞移植、活體生物傳感等方面有著巨大的研究潛力。

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來源:生物探索

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