生物混合型AggreBot運(yùn)動(dòng)特性。圖片來(lái)源：美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)工程學(xué)院
科技日?qǐng)?bào)北京9月30日電 (記者張佳欣)美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種全新的工程方法，他們用人類(lèi)肺細(xì)胞制成微型生物機(jī)器人。這些由纖毛驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人被稱(chēng)為AggreBots，未來(lái)隨著對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jí)的人造生物機(jī)器，能自主運(yùn)動(dòng)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(dòng)主要依賴肌肉纖維的收縮和舒張?，F(xiàn)在研究團(tuán)隊(duì)采用了另一種自然機(jī)制，即纖毛驅(qū)動(dòng)。纖毛是納米級(jí)毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，能持續(xù)推動(dòng)體液流動(dòng)，在肺部等器官中至關(guān)重要。纖毛還能幫助草履蟲(chóng)和櫛水母等水生生物游動(dòng)。但長(zhǎng)期以來(lái)，如何穩(wěn)定控制纖毛驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)效果，一直是一大挑戰(zhàn)。
為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)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(guò)空間可控的聚集方式拼接，形成具備不同運(yùn)動(dòng)特性的AggreBots。同時(shí)，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(duì)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(dòng)模式。這是團(tuán)隊(duì)首次通過(guò)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(dòng)行為。
團(tuán)隊(duì)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(jì)提供了新角度。模塊化組合有纖毛和無(wú)纖毛單元，可創(chuàng)造出具有特定運(yùn)動(dòng)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(lái)有望直接用于醫(yī)療場(chǎng)景。同時(shí)，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(gè)性化藥物遞送載體，避免免疫排斥。