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很多科幻電影里都有將微型機器人植入人體，對人體進行控制或者改造的情節。如今，這種在科幻電影里才能出現的場景已經不是天方夜譚！2021年10月，《ACS NANO》最新刊登了來自合肥微尺度物質科學國家研究中心的最新研究成果：Environmentally AdaptiveShape-MorphingMicrorobots for Localized Cancer CellTreatment。在這一研究中，研究者們利用pH響應水凝膠設計和制作了一種微型結構。這種微型結構被設計成可愛的魚和螃蟹的形狀，通過改變環境的pH可以控制魚鰭的收縮和蟹鉗的閉合，本質上就是pH調控的水凝膠膨脹程度的變化。另一方面，通過在水凝膠微型結構修飾磁性材料使其具有了磁感應性能，可以利用磁場來驅動水凝膠微型結構的位置變化。
具體來說，研究者們首先通過一步法4D打印技術制備水凝膠微型魚結構，在pH小于9時，水凝膠膨脹程度減小，使魚鰭收縮，在微觀結構上表現為水凝膠空隙由500nm減小為200nm。類似的，水凝膠微型螃蟹結構被設計成了蟹鉗的收縮現象。
之后，為了使這種微型結構具備磁感應能力，研究者們利用SiO2包被的Fe3O4納米顆粒修飾了水凝膠微型結構。通過控制pH，這種水凝膠微型螃蟹結構的蟹鉗可以由2微米張開到14微米。在pH大于9時，貨物進入張開的蟹鉗中；調節pH小于9，蟹鉗夾住（裝載）貨物，在磁場中移動到目的位置后，調節pH張開蟹鉗釋放貨物，就完成了整個過程。
為了在生理環境中應用，研究者們設計了以pH7.4為臨界值的水凝膠微型小魚。微型小魚（嘴）裝載阿霉素（DOX）后加入PBS，水凝膠發生膨脹封裝DOX，運動到目的位置后，調節pH小于7.4，水凝膠收縮張開封口釋放DOX，殺死Hela細胞（一種癌細胞）。這種微型小魚的運動軌跡由外加磁場控制。與對照相比，裝載DOX并且順利釋放DOX的微型小魚附近的Hela細胞明顯被殺死（死細胞染色呈紅色）。
此外，研究者們還在人造血管的環境中驗證了水凝膠微型小魚的功能。使用光刻和PDMS模塑制作人造血管，并用磁驅微型小魚對局部的HeLa細胞進行處理。與對照相比，微型小魚局部的DOX濃度隨時間越來越高，對Hela細胞的殺傷也越來越明顯。
總結：隨環境變形的磁驅水凝膠微納米結構（納米機器人）實現了微觀上局部藥物(DOX)包封和可控釋放。不僅如此，它們還可以改造用以操作或者保護各種分子，比如容易被破壞的藥物分子和多肽藥物等。因此，微納米機器人技術在腫瘤治療、干細胞移植、活體生物傳感等方面有著巨大的研究潛力。
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來源：生物探索
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