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美國麻省理工學院研究人員設計微型天線可在細胞內部世界探險

2022-09-28 09:52:12 來源：科技日報

美國麻省理工學院(MIT)研究人員設計了一種可在活細胞內無線操作的微型天線，該天線具有實時監測甚至指導細胞活動的潛力，為醫學診斷和治療以及研究其他科學過程開辟了新的前景。研究論文發表在最近的《自然·通訊》雜志上。

研究人員將這項技術命名為“細胞漫游者”，形容其像火星漫游車一樣探索新的科學前沿。他們首次演示了可在細胞內工作并與3D生物系統兼容的天線。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胞無線交互所需的分辨率，特別是考慮到即使是一個細胞的變化也會影響整個生物體。新開發的天線比細胞小得多，在對卵母細胞的研究中，天線占細胞體積不到0.05%，不會損壞細胞。

傳統天線的尺寸與其發射和接收的電磁波的波長相當，而縮小天線尺寸會增加頻率，高頻會產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，將電磁波轉換為聲波，使波長小了5個數量級，并開發了一種使用非均勻磁場將“細胞漫游者”引入細胞的新策略。

因此，用“細胞漫游者”來檢查細胞內部，不會像往常那樣破壞細胞，能監測細胞的發育或分裂，檢測不同的化學物質和生物分子，如酶、物理變化和細胞壓力等，所有這些都可以在體內實時進行。

研究人員稱，遞送技術也能與“細胞漫游者”集成在一起，結合的聚合物等材料會因化學或生物分子變化而發生質量或應力變化，可檢測和監測與疾病相關的生化和電學變化，從而在癌癥、神經退行性疾病研究、藥物發現等領域發揮作用。

研究人員認為，“細胞漫游者”還代表了信息技術領域的巨大進步，這是一個創新概念，因為它將傳感、通信和信息技術嵌入活細胞中，這為極其精確的診斷、治療和藥物發現提供了前所未有的機會，并在生物學和電子設備的交叉領域創造了新的研究方向。因此人們可以把“細胞漫游者”想象成在探險——探索細胞的內部世界。(張夢然)

關鍵詞：美國麻省理工學院科學前沿細胞漫游者遞送技術