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沐鸣平台登录线路由微生物推动的微型机器人如何在我们体内运

 
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在电视剧《神秘博士》的世界里,最可怕的敌人是被称为Daleks的机器人和有机生命体的混合体。
 
每一个戴利克人都是一个活生生的生物,被包裹在一个装备着致命武器的机器人壳里,沐鸣登录经常被用来恐吓伦敦、其他城市或整个星球。但如果你觉得那很可怕,现在想象一下纳诺达列人,小得看不见,在你的身体里跑来跑去,每个人都喊着“消灭!”
 
这并不完全是牵强附会。地球科学家在这里和现在正在开发一种惊人相似的东西。但其思想不是侵略和征服,而是治愈或治愈。
 
这部电影不是《神秘博士》,而是《奇异旅程》(Fantastic Voyage)的现实版。这部1966年的电影由艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)改编而成。在这个故事中,科学家们把一艘潜艇(里面有人)缩小到微生物的大小,使人能够进入一个有生命危险的血块的科学家的大脑。在今天这个故事的版本中,科学家们将活的微生物(一开始非常小,不需要缩小)与一个额外的载货设备结合起来。这些“混合生物微机器人”可以提供抗病药物、攻击肿瘤或执行其他有用的功能。
 
医生们短期内不会在任何人体内部署混合微型机器人军队。在微型机器人成为标准操作程序之前,研究人员需要绕过许多技术障碍。但这种前景也不完全是假设。研究人员已经设计并制造了几种能够在细胞世界中航行的混合微型机器人。
 
尤努斯·阿拉潘和他的同事们在最近一期《控制、机器人和自主系统》的年度评论中写道:“在过去的十年里,各种微生物和人工载体被整合在一起,开发出了独特的生物混合微型机器人,它们可以在人体内游动或爬行。”
 
例如,在试管、实验室培养皿或动物身上进行的实验表明,生物混合机器人可以通过磁场、光脉冲或它们周围的化学性质来控制方向,将药物送到需要的地方。这种可移动的杂交体还可以操纵细胞间的相互作用或产生热量来诱导其他有益的医疗效果。
 
所有的混合机器人方法都有一个共同的想法,沐鸣娱乐客户端那就是将一种移动微生物——一种可以爬行或游泳的微生物——与一种可以运载药物等货物或做其他工作的结构结合起来。但与Daleks不同的是,它们看起来非常相似,混合微型机器人可以由多种多样的移动微生物构建而成。研究人员还设计了一个由不同材料、不同大小和形状制成的人工载体库,可以与微生物结合而不杀死它们。
 
这种多样性是必要的,因为没有一种类型的微型机器人适合所有的用途。
 
来自德国斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所的Alapan及其合作者写道:“开发理想的生物混合微型机器人没有单一的配方,因为所需的性能和功能高度依赖于具体的应用。”
 
研究人员研究了将微生物附着在货船上的各种设计和制造方法。在一种方法中,天然电荷可以通过静电将两者结合起来;例如,沙雷菌携带正电荷,使其能够与带有负电荷的聚苯乙烯塑料颗粒形成的载体结合。
 
在某些情况下,单一的载货结构是由多种微生物推动的;在其他情况下,一个或两个微生物可以单独驱动药物输送微卡车。在更像dalek的设计中,微生物被困在载货结构中。
 
所有这些设计都利用了微生物,如细菌或藻类,在生物环境中游泳或爬行的能力。这些微生物通过消耗周围环境的化学能来驱动“分子马达”,从而实现自我驱动。例如,细菌通过一种叫做鞭毛的分子机制向食物游去,这种分子机制会旋转像螺旋桨一样的突出物。另一种不同形式的鞭毛运动驱使精子寻找受精卵。其他微生物通过变形虫的移动来移动,这种移动是由它们的细胞骨架的弯曲驱动的,而这些骨架是由蛋白质肌动蛋白构成的。当它的骨骼弯曲时,细胞膜锁存器上的突出物就会附着在周围的表面,将自己向前拉。
 
移动微生物是机器人推进的理想选择,原因如下。它们可以在体内快速移动,有能力与人体细胞相互作用,而且体积足够小,可以通过人体最小的通道,比如循环系统中的毛细血管。一项研究表明,由大肠杆菌制成的可变形的微型机器人附着在红细胞上,红细胞被排出体外并装载货物,它可以挤过比自身更小的通道。

Alapan和他的同事们写道:“这些优势使得生物混合细胞微机器人成为医学应用的有吸引力的候选对象,包括靶向给药。”
 
从日常生活的角度来看,机器人的推进似乎很慢。大肠杆菌在水中的游泳速度大约是每年半英里(在生物液体中可能没有那么快)。一些白细胞以每世纪一英里的速度蠕动。但在他们自己的微观奥运中,这样的速度令人印象深刻。大肠杆菌每秒的移动速度是自身体长的15倍,相当于一个人在3秒多一点的时间内跑完100米短跑,这让尤塞恩·博尔特看起来像只乌龟。
 
然而,速度并不是唯一的问题。准确的转向也是必不可少的。
 
近年来,研究人员在开发有效的转向策略方面取得了快速进展。2017年的一项研究显示,他们成功地在螺旋藻(一种蓝藻菌)表面包裹了磁性纳米颗粒,然后通过施加外部磁场引导它穿过老鼠的胃。其他研究表明,载满磁性纳米颗粒的白细胞可以被导向肿瘤,从而提供药物。另一项研究表明,基于藻类的微型机器人可以由LED光脉冲引导。
 
在一些机器人的设计中,转向依靠微生物自身感知环境化学物质的能力。Alapan及其合作者指出:“化学控制的一个有吸引力的方面是,目标细胞或组织可在局部释放多种化学信号。”
 
虽然混合微型机器人提供了许多令人满意的特性,但也带来了一些棘手的问题。医疗和工程方面的考虑必须以一种让机器人既可靠又安全的方式结合起来。例如,载货结构必须由不会引发人体免疫系统攻击的材料构成。就这一点而言,带菌者也不能对驱动它们的微生物有毒。而且,在工作结束后,沐鸣平台登录线路这些运输工具必须被安全地处理掉。(一种方法是在微型机器人上安装传感器,这些传感器可以被红外线激活,产生足够的热量,按指令降解机器人。)
 
此外,任何医疗干预不太可能成功地完成一个单一的混合微型机器人。因此,必须设计出技术来控制和协调整个机器人群体的运动和行动。
 
“在医学上使用生物杂交微型机器人仍然面临许多挑战,”Alapan及其合作者写道。“与医学研究人员密切合作,设计研究以应对这些挑战……将显著提高和加速用于医学用途的生物混合微型机器人的转化。”