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中大教授利用天然螺旋藻研發可在活體內追蹤和降解的生物合成微型機械人
29/11/2017

文 : Kitty / 癌症資訊網 照片 : 受訪者提供


張立教授(右)與鄢曉暉博士(左)利用天然螺旋藻研發生物合成微型機械人

 

香港中文大學(中大)機械與自動化工程學系副教授張立教授的研究團隊,成功研發全球首個可以在活體內追蹤和降解的生物合成微型機械人,對微創或無創診斷和治療疾病方面具有廣闊的應用前景。這款機械人能同時利用螢光和核磁共振成像技術在活體內定位,擁有遙控感應病灶環境變化的能力,降解時釋出的化合物能夠選擇性攻擊癌細胞。研究結果已刊登於美國科學促進會 (AAAS) 的期刊《科學·機械人學》(Science Robotics)。

 

微型或納米機械人是近年生物醫學界大力發展的技術,它能在非常狹小的空間,包括人體內發揮功用,尤其在非入侵診斷和治療方面有龐大的應用前景。現時,科學家大多採用人工合成法製造微型機械人,而張教授帶領研發的生物合成微型機械人,則採用天然螺旋藻,配以人工合成生物相容鐵磁性納米顆粒(四氧化三鐵)作為原材料。螺旋藻被廣泛用作膳食補充劑,安全性高,因此利用螺旋藻製造的微型機械人之生物安全性,較其他同類型的機械人高。研究還表明,微型機械人降解時釋出的成分,對癌細胞表現出很強的殺傷力,但不損傷正常細胞,這一研究成果有望為癌症提供全新的診療選擇。

 


在顯微鏡下的生物合成微型機械人

 

為了讓微型機械人能夠在體內發揮功效,研究團隊會先將螺旋藻浸泡於鐵磁性納米顆粒懸浮液中,基於靜電吸附作用,鐵磁性納米顆粒會逐漸沉積在螺旋藻表面,形成鐵磁性外層,在旋轉磁場驅動下,令螺旋藻能夠在血液,胃液和尿液中定向移動。另外,藉著改變浸泡時間來調節鐵磁性納米顆粒的厚度,便能控制機器人在生理溶液中的降解速度,確保它有足夠的時間移動到指定部位進行診斷和治療。研究團隊還成功利用螺旋藻自發螢光和鐵磁性納米顆粒的核磁共振成像性能,對一群在大鼠模型腹腔和胃部內的微型機械人進行精確成像定位和操控。

 

今次研究由張立教授、博士研究生鄢曉暉博士,聯同英國曼徹斯特大學納米醫學Kostas Kostarelos教授進行。張教授表示:「我們並沒有使用複雜的實驗室技術和工藝設計全新的微型機械人,而是改造天然存在的微生物,充分利用它們本身的各種特點,包括其結構、豐富的生物活性成分及自發螢光的特性。研究成果毋疑令可無線遙控操控微型醫療機械人的發展,邁進重要的一步,我們將繼續改良和驗證它的降解度、安全性和效用。」

 


生物合成微型機械人

 

張教授一直專注微納米機械人及智慧材料的製造,驅動及行為特性的研究。現時,他與團隊其他成員正致力從結構設計及材料選擇,改善微型機械人的功能性和醫療微型機械人系統的研發。該研究工作得到香港研究資助局(RGC)的資助。張教授的研究結果曾多次登上著名國際期刊的封面,如《晶片實驗室》(Lab on a Chip), 《先進材料》(Advanced Materials) 和《今日材料》(Materials Today)。

 

研究論文:http://robotics.sciencemag.org/content/2/12/eaaq1155

短片介紹:https://www.youtube.com/watch?v=Ccx8bqgkY7M



 

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