科学家们为医疗应用构建了MicroWimmers

斯图加特的普朗克研究人员建造了一个微小的潜水艇，右边的绘图中。小磁铁，这里显示为红色和蓝色气瓶，打开和关闭装置的两半（壳）。照片：Alejandro POSADA / MPI用于智能系统

来自Max Planck Institute的科学家建造了足够小的游泳体，可以用于体液或甚至近渗透细胞，并且它们能够通过复杂的生物流体进行导航。

在1966年电影梦幻般的航行中，船长的潜艇尺寸缩小，以便它可以浏览人体，使船员能够在大脑中进行手术。这种情况仍然存在于科幻小说领域，并将手术团队运送到疾病现场肯定会留下小说。然而，可以浏览身体的微小潜艇可能具有很大的好处：它们可以精确地向目标位置递送药物，例如视网膜的点。他们可以使可以在特定细胞中进行基因治疗。

如果据同行Fischer根据Peer Fischer，Max Planck智能系统智能系统的Microplance和分子系统研究组的领导者，那么医生将在可预见的未来呼叫微观甚至纳米机器人进行任务。小助手将准确地在身体的目标上，消除了对更多主要手术的需要，或通过制作一些微创的程序。

微观扇贝不能在水中游泳

但是，有两个基本挑战来实现这些目标。显然，这种车辆必须足够小，以便注射到眼球中，例如用注射器。其次，一旦引入体内，它们必须能够穿过体液和组织。在两个前面，由同伴费舍领导的研究组现在已经取得了重大进展。

基于斯图加特的集团在以色列和技术大学的技术大学与研究人员一起描述了最近的一篇人造扇贝直径几百微米的纸张。它们设计了它，使设备通过简单地打开和关闭其壳体来在液体中传播。这并不显而易见。“壳牌仅比人类毛发厚度大的几倍，”费斯说。“像水一样的液体与这些装置一样粘稠，因为蜂蜜甚至焦油适合我们。”在流体中具有如此多的摩擦，对称运动，例如扇贝壳的互易开口和闭合，不会导致任何向前推进。由对方运动引起的前后运动将只是互相互相抵消。

因此，微扇贝实际上不会从现场移动。然而，由于研究人员在长期将其视力设置在生物介质中，他们将游泳运动员直接在适当的模型流体上进行测试。这些具有区别于水的特征。“大多数体液都具有根据运动速度变化的性质，”费舍说。“在关节中发现的滑膜中，例如，透明质酸分子将自己设置成导致高粘度的网络状结构。但一旦某些东西移动到这种流体，分子网分别就会分开，流体变得更少粘稠“。

磁控控制用于打开和关闭扇贝

科学家们利用了这种液体性质。他们控制扇贝，使其比关闭更快。“这种时间上不对称的运动模式导致流体在开口期间比在随后的闭幕程度期间更少粘稠，”斯图加特团队的成员博士生田邱说。因此，当打开时扇贝行进的距离与其在关闭时沿后移动的距离不同，并且这导致净向前推进。Tian邱说，这首标记是第一次通过对称运动周期来通过流体移动流体。

为了控制他们的微放游泳者，研究人员在两个扇贝壳中综合了微小的稀土磁铁。这使它们能够控制扇贝壳的开放和关闭 - 并且最终通过应用外部磁场来移动如何移动。然而，研究人员发现微设备可以通过一些具有对称运动的液体游泳，这不仅适用于磁力驱动的微机器人。实际上，扇形形微型潜水艇也可以由致动器驱动，致动器，例如，响应温度变化。

实际的微扇贝由相对硬的塑料制成。挑战是使壳体变薄，但同时坚固足够坚固，以便它们在粘性介质中保持刚性。

在自然通信中公布了他们的工作的科学家，希望将微型游泳者置于特定的生物流体中的测试。“我们对下一步感兴趣，例如我们还可以通过组织的细胞外基质引导这个机器人，”同伴费舍说。

纳米螺钉用作螺旋桨

这已经是第二次基于斯图加特的基于斯图加特的斯图加特的群体在短时间内向科学界提出了第二个微型机器人。他们与来自以色列的同事们一起描述了甚至在9月份的ACS Nano问题中描述了一个较小的设备，以拔塞螺纹形状的纳霍克斯的形式。这种螺旋结构已经存在一段时间。然而，直到最近，他们的生产限于数十微米或更多的尺寸。现在，斯图加特的研究人员已经成功地设计了一种直径约为100纳米的合适螺旋桨，或者十分之一。微型游泳运动员的长度仅限400纳米。为了制作纳米螺旋桨，科学家们使用了他们自己开发的技术。它们通过层沉积螺旋层的材料以形成几何定义的图案。

为了推动他们的小型机器人，科学家们在战略地方融入了磁镍。当它们然后施加旋转磁场时，含镍的纳米螺杆也开始旋转，使得螺旋桨通过液体向前移动。

与塑料微扇贝一样，研究人员还设想其纳米潜水艇的医疗应用。因此，它们再次使用透明质酸作为测试介质。“它是一种多糖，其分子交叉连接形成凝胶状和因此高粘性结构，”斯图加特的最大普朗克研究所的博士生联合作者Debora Schamel解释说明。在人体中，这不仅发生在关节的滑膜中，而且在许多结缔组织中发生。

以前的人工结构太大而无法穿透透明质酸分子的紧密编织网络。因此，Debora Schamel对她的团队所取得的进展感到高兴：“我们第一次拥有一个纳米机器人，足以穿过这种紧张的网格。”微小潜水艇也可用于除了滑膜外的介质中。例如，这种纳米载体可以递送药物的其他液体包括眼睛，粘膜甚至血液的玻璃体幽默。“定论，鉴于我们的设备的大小，它可以可以想象也可以在细胞内使用，”费克斯谨慎地说。当然，为了实现这一点，必须发现一种方法将纳米潜艇注入细胞中。

因此，仍然有某种方式去治疗，例如在奇妙的航行中描绘的那些成为现实中的处理。

刊物：

天启，等，“在低雷诺数的互惠运动游泳，”自然通信5，物品编号：5119; DOI：10.1038 / ncomms6119debora schamel等人，“纳普勒斯及其在复合粘弹性介质中的致动”，ACS Nano，2014,8（9），PP 8794-8801; DOI：10.1021 / NN502360t

图像：Alejandro POSADA / MPI用于智能系统