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多伦多大学创建可探测人体细胞的磁性纳米机器人

多伦多大学研究小组建立了一套磁性“镊子”,能以前所未有的精度将纳米尺度的珠子以三维方式定位在人体细胞内。

  近日,多伦多大学工程研究小组开发了一种磁性纳米机器人,可以移动到人体细胞内的任何地方,该工具可用于研究癌症并为进一步的诊断和治疗指明了方向。


资料图 研究小组开发了一种磁性纳米级机器人,可以移动到人体细胞内的任何地方,该工具可用于研究癌症并可能增强其诊断和治疗

  多年来,研究小组一直在致力于研究能够操纵和测量单细胞的机器人。经过不断的努力,该小组已经创建了可以操纵电子显微镜内部亚细胞结构的机器人系统,但这需要对细胞进行冷冻干燥并将其切割成小片。

       为了探测活细胞,其他团队一般都使用诸如激光或声学等技术。“使用激光探测细胞的光镊子是一种流行的方法,”研究人员表明,该技术荣获2018年诺贝尔物理学奖,但是它所能产生的力量不足以支撑该研究小组要进行的机械操纵和测量。虽然可以尝试增加力量来产生更大的力,但是会有可能损坏要试图测量的亚细胞成分。


资料图 多伦多大学研究小组设计的系统使用六个磁线圈来控制装置内微小铁珠的位置。研究小组建立了一套磁性“镊子”,能以前所未有的精度将纳米尺度的珠子以三维方式定位在人体细胞内。


  于是,研究小组设计了一个新的系统,这个系统将使用六个磁性线圈放置在显微镜盖玻片周围的不同平面上,盖玻片上种有活癌细胞。在盖玻片上放置一个直径约700纳米、比人类头发厚度小100倍的磁性铁珠,癌细胞容易将其吸收到其膜内。



示意图 将磁珠引入细胞中,然后控制导航到核膜上


  一旦珠子在里面,研究小组就使用共聚焦显微镜成像的实时反馈控制其位置。研究小组使用计算机控制的算法来改变通过每个线圈的电流,形成三维磁场,并将磁珠引入到电池内任何所需位置。

  研究人员说:“我们可以将位置控制在布朗运动极限以下几百纳米的范围内,可以施加比激光更高的力量。”



示意图 磁珠在细胞内导航


  同时,在以前,要进行关于细胞核的研究的话,就需要从细胞中提取它们。而研究小组在这个系统中测量完整细胞中的细胞核,不需要破坏细胞膜或细胞骨架。

  他们还能够精确测量细胞核在重复刺激时获得的硬度,并确定哪种细胞蛋白质可能在控制这种反应中发挥作用。这些知识可以为诊断癌症的新方法指明方向。

  根据研究人员的说法,这项研究可能会有更进一步的收获。想象一下,在研究中,引入这些成群的纳米机器人,并利用他们通过阻塞血管进入肿瘤而使肿瘤饿死,或通过机械消融直接破坏肿瘤,这将为治疗化疗、放疗和免疫疗法有抗药性的癌症提供一种新的方法。

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