生物混合型AggreBot運(yùn)動特性。圖片來源：美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)工程學(xué)院
科技日報北京9月30日電 (記者張佳欣)美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究團(tuán)隊開發(fā)出一種全新的工程方法，他們用人類肺細(xì)胞制成微型生物機(jī)器人。這些由纖毛驅(qū)動的機(jī)器人被稱為AggreBots，未來隨著對運(yùn)動模式的控制能力提升，它們有望在人體復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行特定的治療性或機(jī)械性任務(wù)，例如輸送藥物。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《科學(xué)進(jìn)展》。
生物機(jī)器人是顯微鏡級的人造生物機(jī)器，能自主運(yùn)動并具備可編程性，可以執(zhí)行特定任務(wù)。此前，它們的運(yùn)動主要依賴肌肉纖維的收縮和舒張?，F(xiàn)在研究團(tuán)隊采用了另一種自然機(jī)制，即纖毛驅(qū)動。纖毛是納米級毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，能持續(xù)推動體液流動，在肺部等器官中至關(guān)重要。纖毛還能幫助草履蟲和櫛水母等水生生物游動。但長期以來，如何穩(wěn)定控制纖毛驅(qū)動機(jī)器人的形態(tài)和運(yùn)動效果，一直是一大挑戰(zhàn)。
為解決這一難題，研究團(tuán)隊首創(chuàng)了一種模塊化組裝策略。他們先利用肺干細(xì)胞培育出微小的組織球體，再通過空間可控的聚集方式拼接，形成具備不同運(yùn)動特性的AggreBots。同時，他們還在特定位置引入帶基因突變的細(xì)胞球體，使部分纖毛失效，從而實(shí)現(xiàn)對纖毛分布和數(shù)量的精準(zhǔn)調(diào)控，進(jìn)而控制機(jī)器人運(yùn)動模式。這是團(tuán)隊首次通過組織拼接和纖毛調(diào)控，有效引導(dǎo)生物機(jī)器人的運(yùn)動行為。
團(tuán)隊表示，這一方法為生物機(jī)器人和生物混合機(jī)器人設(shè)計提供了新角度。模塊化組合有纖毛和無纖毛單元，可創(chuàng)造出具有特定運(yùn)動模式的機(jī)器人。由于AggreBots完全由生物材料組成，具備天然的可降解性和生物相容性，未來有望直接用于醫(yī)療場景。同時，這種生物機(jī)器人也能夠利用患者自身細(xì)胞制造，從而構(gòu)建個性化藥物遞送載體，避免免疫排斥。