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中大教授利用天然螺旋藻研发可在活体内追踪和降解的生物合成微型机械人



      香港中文大学(中大)机械与自动化工程学系副教授张立教授的研究团队,成功研发全球首个可以在活体

内追踪和降解的生物合成微型机械人,对微创或无创诊断和治疗疾病方面具有广阔的应用前景。这款机械人能

同时利用萤光和核磁共振成像技术在活体内定位,拥有遥控感应病灶环境变化的能力,降解时释出的化合物能

够选择性攻击癌细胞。研究结果已刊登于美国科学促进会 (AAAS) 的期刊《科学·机械人学》(Science

Robotics)。

 

      微型或纳米机械人是近年生物医学界大力发展的技术,它能在非常狭小的空间,包括人体内发挥功用,尤

在非入侵诊断和治疗方面有庞大的应用前景。现时,科学家大多采用人工合成法制造微型机械人,而张教授

领研发的生物合成微型机械人,则采用天然螺旋藻,配以人工合成生物相容铁磁性纳米颗粒(四氧化三铁)

为原材料。螺旋藻被广泛用作膳食补充剂,安全性高,因此利用螺旋藻制造的微型机械人之生物安全性,较

他同类型的机械人高。研究还表明,微型机械人降解时释出的成分,对癌细胞表现出很强的杀伤力,但不损

正常细胞,这一研究成果有望为癌症提供全新的诊疗选择。

 

      为了让微型机械人能够在体内发挥功效,研究团队会先将螺旋藻浸泡于铁磁性纳米颗粒悬浮液中,基于静

吸附作用,铁磁性纳米颗粒会逐渐沉积在螺旋藻表面,形成铁磁性外层,在旋转磁场驱动下,令螺旋藻能够

血液,胃液和尿液中定向移动。另外,藉著改变浸泡时间来调节铁磁性纳米颗粒的厚度,便能控制机器人在

理溶液中的降解速度,确保它有足够的时间移动到指定部位进行诊断和治疗。研究团队还成功利用螺旋藻自

萤光和铁磁性纳米颗粒的核磁共振成像性能,对一群在大鼠模型腹腔和胃部内的微型机械人进行精确成像定

和操控。

 

      今次研究由张立教授、博士研究生鄢晓晖博士,联同英国曼彻斯特大学纳米医学Kostas Kostarelos教授进

行。张教授表示:「我们并没有使用复杂的实验室技术和工艺设计全新的微型机械人,而是改造天然存在的微

生物,充分利用它们本身的各种特点,包括其结构、丰富的生物活性成分及自发萤光的特性。研究成果毋疑令

可无线遥控操控微型医疗机械人的发展,迈进重要的一步,我们将继续改良和验证它的降解度、安全性和效

用。」

 

      张教授一直专注微纳米机械人及智慧材料的制造,驱动及行为特性的研究。现时,他与团队其他成员正致

从结构设计及材料选择,改善微型机械人的功能性和医疗微型机械人系统的研发。该研究工作得到香港研究

助局(RGC)的资助。张教授的研究结果曾多次登上著名国际期刊的封面,如《晶片实验室》(Lab on

a Chip), 《先进材料》(Advanced Materials) 和《今日材料》(Materials Today)。


      研究论文:http://robotics.sciencemaq.org/content/2/12/eaaq1155

      短片介绍:https://www.youtube.com/watch?v=Ccx8bqqkY7M
      

 

张立教授(右)与鄢晓晖博士(左)利用天然螺旋藻研发生物合成微型机械人
 

在显微镜下的生物合成微型机械人
 

生物合成微型机械人
 

张立教授团队在深圳研究院承担的科研项目有:

1. NSFC青年科学基金项目-人造细菌鞭毛基于DPPC脂质体的表面功能化研究(61305124)   
                                                                                       
2. 深圳市科创委基础啊研究项目-微型机器人六自由度控制的实验装置设计制造及其路径跟踪的关


    键问题研究(JCYJ20140905151415999



文章来源:http://www.cpr.cuhk.edu.hk/sc/press_detail.php?1=1&id=2657