納米尺寸的Bot可探測(cè)人體細(xì)胞內(nèi)部

多倫多大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種納米級(jí)機(jī)器人，可直接探測(cè)人體細(xì)胞內(nèi)部，以進(jìn)一步研究癌癥和其他疾病的研究和治療方法?？茖W(xué)家已經(jīng)開發(fā)出納米級(jí)技術(shù)，用于探索和治療人體內(nèi)的病癥?，F(xiàn)在，研究人員將這一技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的水平，技術(shù)的發(fā)展可以將納米級(jí)機(jī)器人置于實(shí)際的人體細(xì)胞內(nèi)，從而更有針對(duì)性地診斷和治療癌癥和其他疾病。多倫多大學(xué)的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套磁性“鑷子”，可以將納米機(jī)器人以三維方式放置在人體細(xì)胞內(nèi)，并且具有前所未有的精確度，主要負(fù)責(zé)該研究的博士候選人西安王說。Atlantic Design&Manufacturing是東海岸領(lǐng)先的設(shè)計(jì)工程師貿(mào)易展，提供最新的3D打印，自動(dòng)化和CAD / CAM軟件，包括FedEx，GE Appliances，Procter&Gamble以及其他數(shù)百種軟件。該大學(xué)的研究人員已經(jīng)建立了機(jī)器人，可以在監(jiān)督王的工作的Yu Sun教授的指導(dǎo)下操縱個(gè)體細(xì)胞約20年。這些創(chuàng)造物具有操縱和測(cè)量單細(xì)胞的能力，這在諸如體外受精和個(gè)性化醫(yī)療的程序中是有用的。Wang告訴Design News，利用最新技術(shù)，研究人員現(xiàn)在可以在細(xì)胞內(nèi)部工作，而不僅僅是移動(dòng)細(xì)胞并與它們一起工作

“在亞微米直徑磁珠上實(shí)現(xiàn)亞微米分辨率位置控制和皮牛頓力控制的能力是新的，使得該系統(tǒng)能夠進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)測(cè)量和操作，”他說。

Wang解釋說，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的具體技術(shù)是由一組磁性鑷子組成，包括6個(gè)帶尖銳磁極的磁性線圈。他說，當(dāng)電流施加到每個(gè)線圈時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生磁梯度場(chǎng)。

“一個(gè)直徑亞微米的磁珠通過內(nèi)吞作用被內(nèi)化到細(xì)胞內(nèi)，”王說。“通過控制磁鑷子裝置的六個(gè)電流輸入來控制磁珠上的磁珠位置和磁力。”

一旦納米機(jī)器人進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，王使用共聚焦顯微鏡成像的實(shí)時(shí)反饋控制其位置。他還使用計(jì)算機(jī)控制的算法來改變通過每個(gè)線圈的電流，在三維空間中塑造磁場(chǎng)并將機(jī)器人引入電池內(nèi)的任何所需位置。

直接測(cè)量細(xì)胞內(nèi)部

這很重要，因?yàn)楝F(xiàn)在研究人員可以測(cè)量細(xì)胞器和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的特性，它們?cè)谡{(diào)節(jié)細(xì)胞功能中發(fā)揮重要作用，并且與疾病有關(guān)，Wang告訴我們。

“直接測(cè)量和操縱單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)將有助于更好地了解亞細(xì)胞和細(xì)胞器水平活動(dòng)，診斷疾病，并開發(fā)新的治療方法，”他說。

Wang使用細(xì)胞核的例子，細(xì)胞核是在細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的具有特定功能的最大的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。在他的例子中，他描述了細(xì)胞核如何在癌細(xì)胞中顯示出改變的機(jī)械特性。

“直接詢問單個(gè)細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞核的機(jī)械特性將有助于理解患病細(xì)胞和健康細(xì)胞之間的差異，”他解釋說。

Wang說，以前，研究細(xì)胞核需要從細(xì)胞中提取細(xì)胞核。使用他們的發(fā)明，Wang和Sun測(cè)量完整細(xì)胞中的細(xì)胞核，而不需要破壞細(xì)胞膜或細(xì)胞骨架，證明細(xì)胞核在所有方向上都不是同樣僵硬。Wang告訴我們，這對(duì)于未來的癌癥研究具有重要意義。

“我們的數(shù)據(jù)顯示細(xì)胞核在重復(fù)機(jī)械加載后會(huì)變硬，”他解釋道。“結(jié)果還表明，早期膀胱癌細(xì)胞表現(xiàn)出比晚期膀胱癌細(xì)胞更強(qiáng)的硬化作用。在癌癥轉(zhuǎn)移過程中，細(xì)胞需要在體內(nèi)擠壓很小的空間，并受到反復(fù)的機(jī)械力加載。“

研究人員在他們的研究結(jié)果中表明，早期癌細(xì)胞的細(xì)胞核經(jīng)受力后會(huì)變硬，這可能會(huì)阻止它們進(jìn)一步移動(dòng)和轉(zhuǎn)移，Wang說。然而，晚期癌細(xì)胞在用力刺激后不會(huì)變硬，這使得它們更容易繼續(xù)侵入路徑，他說。研究人員在“科學(xué)機(jī)器人”雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文。

Wang說，盡管該團(tuán)隊(duì)在將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于人類患者之前還有很長(zhǎng)的路要走，但他們計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行研究以探索其在癌癥診斷中的應(yīng)用，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)即將推出。

“在這項(xiàng)工作中獲得了高精度的位置和力控制的能力正被利用的亞微米磁珠群，并通過磁力應(yīng)用觸發(fā)細(xì)胞凋亡開發(fā)新的腫瘤手術(shù)方法追求診斷