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美國麻省理工學(xué)院研究人員設(shè)計微型天線可在細(xì)胞內(nèi)部世界探險

2022-09-28 09:52:12 來源：科技日報

美國麻省理工學(xué)院(MIT)研究人員設(shè)計了一種可在活細(xì)胞內(nèi)無線操作的微型天線，該天線具有實時監(jiān)測甚至指導(dǎo)細(xì)胞活動的潛力，為醫(yī)學(xué)診斷和治療以及研究其他科學(xué)過程開辟了新的前景。研究論文發(fā)表在最近的《自然·通訊》雜志上。

研究人員將這項技術(shù)命名為“細(xì)胞漫游者”，形容其像火星漫游車一樣探索新的科學(xué)前沿。他們首次演示了可在細(xì)胞內(nèi)工作并與3D生物系統(tǒng)兼容的天線。研究者表示，典型的生物電子界面大小為毫米甚至厘米級，不僅具有高度侵入性，而且無法提供與單個細(xì)胞無線交互所需的分辨率，特別是考慮到即使是一個細(xì)胞的變化也會影響整個生物體。新開發(fā)的天線比細(xì)胞小得多，在對卵母細(xì)胞的研究中，天線占細(xì)胞體積不到0.05%，不會損壞細(xì)胞。

傳統(tǒng)天線的尺寸與其發(fā)射和接收的電磁波的波長相當(dāng)，而縮小天線尺寸會增加頻率，高頻會產(chǎn)生對活組織有害的熱量。此次研究人員使用磁致伸縮材料制造微型天線，將電磁波轉(zhuǎn)換為聲波，使波長小了5個數(shù)量級，并開發(fā)了一種使用非均勻磁場將“細(xì)胞漫游者”引入細(xì)胞的新策略。

因此，用“細(xì)胞漫游者”來檢查細(xì)胞內(nèi)部，不會像往常那樣破壞細(xì)胞，能監(jiān)測細(xì)胞的發(fā)育或分裂，檢測不同的化學(xué)物質(zhì)和生物分子，如酶、物理變化和細(xì)胞壓力等，所有這些都可以在體內(nèi)實時進(jìn)行。

研究人員稱，遞送技術(shù)也能與“細(xì)胞漫游者”集成在一起，結(jié)合的聚合物等材料會因化學(xué)或生物分子變化而發(fā)生質(zhì)量或應(yīng)力變化，可檢測和監(jiān)測與疾病相關(guān)的生化和電學(xué)變化，從而在癌癥、神經(jīng)退行性疾病研究、藥物發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

研究人員認(rèn)為，“細(xì)胞漫游者”還代表了信息技術(shù)領(lǐng)域的巨大進(jìn)步，這是一個創(chuàng)新概念，因為它將傳感、通信和信息技術(shù)嵌入活細(xì)胞中，這為極其精確的診斷、治療和藥物發(fā)現(xiàn)提供了前所未有的機(jī)會，并在生物學(xué)和電子設(shè)備的交叉領(lǐng)域創(chuàng)造了新的研究方向。因此人們可以把“細(xì)胞漫游者”想象成在探險——探索細(xì)胞的內(nèi)部世界。(張夢然)

關(guān)鍵詞：美國麻省理工學(xué)院科學(xué)前沿細(xì)胞漫游者遞送技術(shù)