纳米机器人在进入视网膜的过程中被注入眼睛。
纳米机器人在进入视网膜的过程中被注入眼睛。
资料来源:马克斯·普朗克智能系统研究所

纳米罗伯推进眼睛

Max Planck智能系统研究所(MPI-IS)的研究人员以及国际科学家的国际团队开发了螺旋桨形纳米虫,首次能够通过浓密的组织钻孔,因为眼睛普遍存在。

它们将不粘涂层涂覆到纳米骨嵌段,其仅为500nm宽 - 完全小于足够小以通过玻璃体中的凝胶样物质的紧密分子基质施加。

钻头比人头头发的直径小200倍,甚至小于细菌宽度。它们的形状和它们的光滑涂层使纳米骨嵌体能够通过眼睛相对无阻碍地移动,而不会损坏它们周围的敏感生物组织。这是第一次科学家能够通过致密组织来转向纳米虫,因此它仅在模型系统或生物流体中证明。研究人员的视觉是有一天用药物或其他治疗剂将纳米骨蛋白加载并将它们引导到目标区域,在那里它们可以将药物递送到所需的位置。

分子基质

照片
纳洛克勒。
资料来源:Max Planck智能系统研究所

在致密的生物组织内靶向给药是非常具有挑战性的,尤其是在这些小尺度的情况下:首先,它是眼球内部粘性的一致性,纳米螺旋桨必须挤过致密的分子基质。它作为一个屏障,防止更大的结构的渗透。其次,即使达到了尺寸要求,眼睛中生物聚合物网络的化学性质仍然会导致纳米螺旋桨卡在分子网中。想象一下,一个小小的螺旋钻穿过一张双面胶带网。第三个挑战是精确驱动。科学家们在建造纳米螺旋桨时加入了一种磁性材料,比如铁,从而克服了这一问题,这种材料使他们能够利用磁场将钻头导向所需的目的地。研究人员克服的另一个障碍是使每个纳米螺旋桨的尺寸不超过500纳米,并使用两层不粘涂层。第一层是附着在表面的分子,而第二层是涂有液态氟碳化合物的涂层。这大大降低了纳米机器人和周围组织之间的粘结力。该研究的第一作者吴志光(音译)解释说:“对于涂层,我们从大自然中寻找灵感。” He was a Humboldt Research Fellow at the MPI-IS and is now a postdoc at the California Institute of Technology. “In the second step, we applied a liquid layer found on the carnivorous pitcher plant, which has a slippery surface on the peristome to catch insects. It is like the Teflon coating of a frying pan. This slippery coating is crucial for the efficient propulsion of our robots inside the eye, as it minimizes the adhesion between the biological protein network in the vitreous and the surface of our nanorobots.”

“纳米波特推进的原理,它们的小尺寸以及光滑的涂层,将是有用的,不仅在眼睛中,而且为了在人体中的各种组织渗透”,Tian邱说,其中一个相应的作者。

穿过视网膜的眼睛

研究人员用一根小针将数万个细菌大小的螺旋机器人注射到眼睛的玻璃体中。在周围磁场的帮助下,纳米螺旋桨旋转,然后它们游向视网膜,蜂群降落的地方。

能够实时精确地控制蜂群是研究人员的目标。但这还不止于此:该团队已经在研究某一天,将他们的纳米运载工具用于靶向交付应用。“这就是我们的愿景”,天秋说。“我们希望能够将纳米螺旋桨作为一种工具,以微创方式治疗各种疾病,这些疾病的问题区域难以触及,且被致密组织包围。”在不久的将来,我们就能给他们装上药物。”

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