透過磁力協助 藻製機器人將於人體內自在潛游

【本刊訊】近10年來,各地工程師希望有朝一日能打造如1996年科幻電影《神奇旅程》(Fantastic Voyage)般,既能在身體裡傳送藥物、也可以動動小手術的「醫用機器人」。時至今日,科學家已利用一種可作為食物供給的微植物(microscopic plant)── 螺旋藻(spirulina)穿梭人體並針對其磁場訊號作回應。如此的雜生(biohybrid)機器人可望能將藥物攜至體內特定區域、降低副作用,更有甚者其磁性塗層亦能殺死癌細胞。

螺旋藻在顯微鏡下看起來像個迷你彈簧,研究員經嘗試後成功以棒狀、管狀、球型或籠子等形式製作機器人,且成品都較細胞來的小。然能源供應極具挑戰,且大部分可行的燃料都對人體有毒,且驅動微型機器人的過程中需在蛋白質與其他分子間竄動,除了要控制其動作外,還得知道如這些分子的所在之處。

香港中文大學(Chinese University of Hong Kong)材料科學家張蘇立(So Li Zhang)因此轉而研究磁性與生物體間的關係。體外產生的磁場可在組織內運行且不造成傷害,並能使體內的磁化物作移動。為求移動性最大化,螺旋體將以扭轉的方式前進,馬克斯普朗克智慧系統研究所(the Max Planck Institute for Intelligent System)物理化學家費雪(Peer Fischer)曾表示這種自然界產生的結構之方便令人感到驚奇。此外,在數年之後,張與他的團隊開始以藻類本身合成微型機器人,亦研究如何偵測它們。這些藻類會製造閃閃的螢光,利用這股螢光可以追蹤機器人於人體表面運行的進程,輔以醫學影像科技中常見的核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR),在成像發生前偵測病人體內被置放的磁性顆粒,以看照其它進入深層的部分。

研究團隊近日於《機器人科學》(Science Robots)發表「一步磁化藻類」的方法,他們將數百萬的螺旋藻浸潤在氧化鐵奈米粒子中,浸潤越久越容易控制、然短時間的浸泡使螢光偵測更為容易;若機器人所在之處過於深層,其塗層亦能為核磁共振偵測,團隊甚至在過程中利用磁場作用,讓這些微型機器人「大舉入侵」實驗鼠的胃裡。

加州大學奈米工程師王(Joseph Wang)表示,這種可以偵測機器人位置的方法使研究前進了一大步,並在研發多種不同的醫用機器人後發現,藻類機器人具有良好的生物相容性,且造價相當便宜。體內的機器人會在數小時至數日間分解,其分解的快慢視外塗層厚度而定,且不傷及大部分的細胞,除癌細胞外。

經研究發現,90%培養皿中的癌細胞在碰到螺旋藻的48小時內便會死亡,其塗層對癌細胞而言具有毒性,也是此次研究的意外發現。然關於醫用機器人仍有很長的路要走,接下來必須探討如何將藥物裝載或附著於機器人之上,且較食用藥物更有效地發送至身體各處。王表示此法目前未能於醫學領域作使用,相信10幾年後、大家都能親眼見證微型機器人的「神奇旅程」。


新聞來源:Elizabeth Pennisi, This robot made of algae can swim through your body—thanks to magnets, Science, 2017.

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