香蕉葉化身機器人？合成新型基于生物質(zhì)微導管的微米機器人

香蕉葉成為科學家的“靈感繆斯”，研究成果有望用于癌細胞的精準捕殺和有機污染物的高效降解。

相關論文以《雙功能生物混合式磁驅(qū)動微米機器人》為題發(fā)表，第一作者是陳婷博士，通訊作者為華南師范大學化學學院董任峰副研究員、蔡躍鵬教授和華南理工大學任碧野教授。

據(jù)了解， 在最初選材時， 該團隊既希望能夠既在功能上做到集成， 又對原材料的成本進行控制，且對結(jié)構(gòu)和性能有一定要求。經(jīng)過調(diào)研， 他們將從香蕉葉中分離出的螺旋狀微導管選作生物模板用于構(gòu)建磁驅(qū)動微米機器人的主體。

董任峰博士介紹說，之前將生物質(zhì)結(jié)構(gòu)賦予磁性對于設備的要求比較高，需要在真空環(huán)境下去完成，很難實現(xiàn)批量生產(chǎn);有一些生物質(zhì)甚至會在真空環(huán)境下，由于其中的水分迅速抽干，而導致其結(jié)構(gòu)坍塌。因此，他們一改傳統(tǒng)物理方法，而使用化學鍍法。這樣只需將提取的生物模板，在室溫下泡到對應的化學溶液中，即可得到既具有較好的磁性又保留生物模板原始結(jié)構(gòu)的磁驅(qū)動微米機器人。

關于該研究潛在的應用場景，董任峰博士表示，之前的微納米機器人通常只具備一種應用潛力，而他們所研發(fā)的基于生物模板的磁驅(qū)動微米機器人集成了生物醫(yī)用和環(huán)境治理兩方面的應用。該磁驅(qū)動微米機器人具有制造簡單、成本經(jīng)濟、高效推進等多種優(yōu)異的特性，在環(huán)境和生物應用方面展現(xiàn)出較好的應用前景。

而在生物應用方面，該新型磁驅(qū)動微米機器人一方面通過其高度可控的運動性能可精準的靠近癌細胞，另一方面，由于該磁驅(qū)動微米機器人與癌細胞表面之間的特殊化學作用，令其可以精確捕獲癌細胞。此外，由于表面修飾的功能材料F e 3 + - T a具有較好的光熱作用，因此，在成功捕獲癌細胞后，可進一步在光照下產(chǎn)生熱量殺死這些癌細胞。該磁驅(qū)動微米機器人可實現(xiàn)對癌細胞精準靶向捕獲、可控路徑運輸、高效光熱殺傷一系列精細化操作，有望在未來生命體內(nèi)進行微納米級別的精準診療。

董任峰博士談到，他們團隊還在光驅(qū)動微納米機器人方面做了很多工作，未來希望這種基于生物模板的新型磁驅(qū)動微米機器人既有磁驅(qū)動的特點，又有光驅(qū)動的優(yōu)勢，以擴展到更多的應用場景。

總體而言，這項研究的亮點主要有兩方面。一方面，其選用的生物模板具有天然的優(yōu)勢，后期人工修飾的材料具有可定向功能化的特點，從未來發(fā)展上看，將大自然中生物和人工材料相結(jié)合是大勢所趨; 另一方面，微納米機器人是當前的一種新興科技，具有極其廣闊的發(fā)展前景， 有望在生物探測、智能載藥、環(huán)境治理、微納米組裝等多個領域發(fā)光發(fā)熱，而此次的研究成果證實了微納米機器人也可實現(xiàn)多功能集成，這可能在微納米機器人領域成為一種新的趨勢。

下一步，該團隊將繼續(xù)深入展開微納米機器人應用方面的研究工作。董任峰提到，此次他們?yōu)槲⒓{米機器人提供的磁驅(qū)動方式屬于外場驅(qū)動型，之后會在外場驅(qū)動型微納米機器人的制備、運動優(yōu)化及應用方面開展更多基礎性研究，尤其是在自然生物體與人工微納結(jié)構(gòu)結(jié)合的生物雜交機器人方面將做進一步推進，例如將微生物、微藻、細胞等和精細的微納米結(jié)構(gòu)相結(jié)合，希望能夠開發(fā)出既具備生物體本身天然優(yōu)勢，又具備人工微納結(jié)構(gòu)指定功能的智能化“ 生命體-微機械”結(jié)合型微納米機器人。