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细胞样纳米机器人清除血液中的细菌和毒素

2019-03-22 14:34:04来源:

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师开发了一种微型超声波驱动的机器人,可以通过血液游动,去除有害细菌及其产生的毒素。这些概念验证纳米机器人有朝一日可以提供一种安全有效的方法来解毒和净化生物液体。

研究人员通过用血小板和红细胞膜的混合物涂覆金纳米线来制造纳米机器人。这种混合细胞膜涂层允许纳米机器人同时执行两种不同细胞的任务 - 血小板,其结合病原体如MRSA细菌(抗生素耐药的金黄色葡萄球菌菌株)和红细胞,其吸收和中和毒素由这些细菌产生。纳米机器人的金体响应超声波,这使它们能够在没有化学燃料的情况下快速游动。这种移动性有助于纳米机器人有效地与血液中的目标(细菌和毒素)混合,加速排毒。

“通过将天然细胞涂层整合到合成纳米机器上,我们可以在微型机器人上赋予新的能力,例如从身体和其他基质中去除病原体和毒素,”Wang说。“这是一个概念验证平台,适用于各种治疗和生物解毒应用。”

“我们的想法是创造能够同时执行多种不同任务的多功能纳米机器人,”联合第一作者Berta Esteban-FernándezdeÁvila说,他是加州大学圣地亚哥分校Wang的研究小组的博士后学者。“将血小板和红细胞膜结合到每个纳米机器人涂层中是协同作用的 - 血小板靶向细菌,而红细胞靶向并中和细菌产生的毒素。”

涂层还可以保护纳米机器人免受称为生物污损的过程 - 当蛋白质聚集在异物表面并阻止它们正常运行时。

研究人员首先将整个膜与血小板和红细胞分离,从而创造出混合涂层。然后他们应用高频声波将膜融合在一起。由于膜来自实际细胞,它们包含所有原始细胞表面蛋白功能。为了制造纳米机器人,研究人员使用特定的表面化学将杂化膜涂覆到金纳米线上。

纳米机器人比人类头发的宽度小约25倍。当通过超声波供电时,它们可以在血液中以每秒35微米的速度行进。在测试中,研究人员使用纳米机器人来处理受MRSA污染的血液样本及其毒素。五分钟后,这些血液样本的细菌和毒素比未处理的样本少三倍。

这项工作仍处于早期阶段。研究人员指出,最终目标不是专门用于治疗MRSA感染的纳米机器人,而是更广泛地用于解毒生物液体。未来的工作包括对活体动物的测试。该团队还致力于用可生物降解的材料而不是金制造纳米机器人。