北京理工大學(xué)科學(xué)家的一篇評(píng)論論文總結(jié)了智能生物混合微型和納米機(jī)器人在人類醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的最新進(jìn)展。
這篇于 2 月 10 日發(fā)表在《Cyborg and Bionic Systems》雜志上的新評(píng)論論文概述了如何設(shè)計(jì)和制造帶有活動(dòng)部件的微型機(jī)器人來執(zhí)行諸如有效地將藥物輸送到身體組織等任務(wù)。
北京理工大學(xué)教授李金華解釋說：“這些生物混合微型和納米機(jī)器人正在智能藥物輸送領(lǐng)域廣泛研究，用于癌癥和其他疾病的精準(zhǔn)治療。”
新興的微型機(jī)器人領(lǐng)域包括研究和開發(fā)用于實(shí)際應(yīng)用的微米級(jí)機(jī)器人。“這一新興研究領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注，尤其是在分子機(jī)器被選為 2016 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的主題之后，”研究作者說。他們審查的生物混合微型機(jī)器人既有生物成分，也有非生物成分;通常，人工載體會(huì)游泳或爬行，將活體組件運(yùn)送到它們?cè)谌梭w中執(zhí)行任務(wù)的地方。
生物混合微型和納米機(jī)器人有望徹底改變醫(yī)學(xué)，因?yàn)樗鼈兛梢赃h(yuǎn)程控制以執(zhí)行高精度的生化操作。除了癌癥治療之外，這些機(jī)器人還可以在其他小規(guī)模任務(wù)中發(fā)揮作用，例如細(xì)胞顯微手術(shù)、輔助受精和組織工程。“生物混合微型和納米機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景可以從目前專注的癌癥治療擴(kuò)展到許多其他研究領(lǐng)域，”李說。
新發(fā)表的評(píng)論分析了各種生物混合機(jī)器人的潛在用途。它們的尺寸范圍從大約 1μm 到大約 20 μm，變化主要源于它們的成分。例如，在小型(納米)端，基于 DNA 的機(jī)器人可以輸送凝血?jiǎng)┠?，以阻止血液流向癌?xì)胞。在較大(微)端，基于精子的機(jī)器人可以輸送抗凝肝素來治療循環(huán)系統(tǒng)疾病。
該研究的作者將生物混合微型和納米機(jī)器人分為六個(gè)功能類別：基于白細(xì)胞;基于紅細(xì)胞的;基于微生物的;基于細(xì)胞膜的;基于 DNA/酶的;并以精子為基礎(chǔ)。例如，血小板微型機(jī)器人在血液中的循環(huán)時(shí)間很長(zhǎng)，這使得它們能夠積聚并將藥物輸送到目標(biāo)組織。由免疫細(xì)胞組成的白細(xì)胞微型機(jī)器人具有獨(dú)特的趨化導(dǎo)航到感染部位以遞送藥物的能力。
展望未來，該團(tuán)隊(duì)設(shè)想將新的生物成分整合到生物混合機(jī)器人中。例如，當(dāng)引入機(jī)器人時(shí)，一個(gè)挑戰(zhàn)是克服人類的免疫反應(yīng)。如果利用人體內(nèi)已經(jīng)存在的細(xì)菌來執(zhí)行治療任務(wù)，則可以減輕免疫反應(yīng)以及引入病原體的風(fēng)險(xiǎn)。
另一個(gè)挑戰(zhàn)是制造微型無生命載體的效率。未來的研究和開發(fā)可能會(huì)產(chǎn)生運(yùn)輸生物部分的新方法，例如磁場(chǎng)或光;制造無生命部件的技術(shù)進(jìn)步;以及增強(qiáng)的成像技術(shù)，例如 MRI 和磁粉成像。研究人員預(yù)計(jì)生物混合機(jī)器人將變得更加復(fù)雜和專業(yè)，以執(zhí)行復(fù)雜的醫(yī)療任務(wù)。
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