科幻电影中经常出现将微型机器人植入人体，并对人体进行控制或者改造的情节。如今，这种场景或可真正发生在现实生活中。近日，来自中国科学技术大学的吴东和李家文团队以及香港中文大学的张立团队联合在《ACS NANO》上发表了一项题为“Environmentally Adaptive Shape-Morphing Microrobots for Localized Cancer Cell Treatment”的研究。研究者们利用pH响应水凝胶设计和制作了一种微型结构，改变环境pH可以调控水凝胶膨胀程度，在水凝胶微型结构修饰磁性材料可使其具有磁感应性能，可以利用磁场来驱动水凝胶微型结构的位置变化。研究者们首先通过一步法4D打印技术制备了水凝胶微型鱼和螃蟹结构，在pH小于9时，水凝胶膨胀程度减小，水凝胶空隙由500nm减小为200nm。为了使微型结构具备磁感应能力，研究者们利用SiO2包被的Fe3O4纳米颗粒修饰了水凝胶微型结构。通过控制pH，这种水凝胶微型螃蟹结构的蟹钳可以由2μm张开到14μm。在pH大于9时，货物进入张开的蟹钳中；调节pH小于9，蟹钳夹住（装载）货物，在磁场中移动到目的位置后，调节pH张开蟹钳即可释放货物。为了使其适用于生理环境，研究者们设计了以pH7.4为临界值的水凝胶微型小鱼。微型小鱼（嘴）装载阿霉素（DOX）后加入PBS，水凝胶发生膨胀封装DOX，运动到目的位置后，调节pH小于7.4，水凝胶收缩张开封口释放DOX，这种微型小鱼的运动轨迹由外加磁场控制。与对照相比，装载DOX并且顺利释放DOX的微型小鱼附近的肿瘤细胞明显被杀死。研究者们还在人造血管的环境中验证了水凝胶微型小鱼的功能。使用光刻和PDMS模塑制作人造血管，并用磁驱微型小鱼对局部的肿瘤细胞进行处理。与对照相比，微型小鱼局部的DOX浓度随时间越来越高，对肿瘤细胞的杀伤也越来越明显。综上，随环境变形的磁驱水凝胶微纳米结构实现了药物的包封和可控释放，此外，还可以改造用以操作或者保护各种分子，比如容易被破坏的药物分子和多肽药物等。因此，微纳米机器人技术在肿瘤治疗、干细胞移植、活体生物传感等方面有着巨大的研究潜力。参考资料：
[1] Chen Xin, et al. Environmentally Adaptive Shape-Morphing Microrobots for Localized Cancer Cell Treatment. ACS NANO. 2021. Doi：10.1021/acsnano.1c06651.
ACS NANO | 科幻照进现实，纳米机器人用于肿瘤细胞局部治疗
发布时间：2021-11-24 17:29 文章来源：未知 作者：百替生物
[1] Chen Xin, et al. Environmentally Adaptive Shape-Morphing Microrobots for Localized Cancer Cell Treatment. ACS NANO. 2021. Doi：10.1021/acsnano.1c06651.