12月10日至11日,由浙江省委常委,绍兴市委,市政府,麻省理工学院科学技术评论和麻省理工学院科学技术评论中国主办的“全球青年科学技术领袖峰会”技术创新35 Under 35”“ People”颁奖典礼在绍兴上虞举行。 2020年中国“ 35个国家以下35个技术创新”名单被正式发布。
会上,哈尔滨工业大学吴志光教授荣获“ 35名35岁以下的科技创新人才”。在2019年,以``游泳微纳米机器人的医学发展''为主题发表了演讲。
以下是整理后的语音记录:图片|哈尔滨工业大学教授吴志光教授的传统药物传递是被动扩散,这种药物在患者区域的传递效率低,且毒副作用高。研究对过去30年中的药物输送方法进行了统计,结果显示,大约12个小时的输送后,最高的输送效率不到1%。
因此,新的活性药物递送方法既必要又重要。 1966年的电影《梦幻之旅》讲述了将医务人员缩小为纳米尺寸,然后注入科学家体内,然后直接游向患者区域进行治疗的故事。
吴志光说:“人们一直在想,他们是否可以制造出活跃的游泳纳米机器人,将药物装载到人体内部漫游,然后将药物输送到患者区域。”他对游泳微纳米机器人的研究和开发就是为此而努力的。
在微型纳米尺寸机器人的开发中必须首先解决驱动问题。宏观世界中的许多驱动方法在微观世界中很难实现。
吴志光在讲话中使用了一个比喻:“例如,如果您躺在浴缸里,您会感觉到浴缸里装满了水。如果缩小到纳米级,您将不会被水包围,而会被非常浓的糖浆包围,因此您不会浪费时间。
对称以实现运动。”科学家发现自然界中有许多微纳米尺度的事物可以实现游泳,例如分子马达,生物马达,细菌,精子等,它们在挥杆过程中会产生不对称的局部流场。
向前走。基于此原理,许多人开始提出一系列用于生物医学研究的游泳微纳米机器人。
吴志光的团队运用化学方法将原子组装成微纳米结构,实现了在化学场或外部光和磁场的控制下游泳,甚至可以指导他们游泳到靶细胞。但是,这些微纳米机器人需要解决临床医学中的两个重要问题。
首先,微纳米机器人需要能够在复杂的人类环境中移动。 <大致分为三类。
第一种是主动破坏细胞膜,第二种是让它们在血液中移动,第三种是在多孔生物液中移动,例如眼内的玻璃体和胃肠道粘液。吴志光解释。
。这三种类型的问题需要一个一个地解决。
首先是突破细胞膜。由于细胞膜穿孔在细胞转染,人工授精和基因编辑中具有巨大的潜在应用,近年来,细胞膜穿孔已成为生物技术中的一个热门研究问题。
尽管常规的化学和物理方法可以穿透大量的细胞膜,但很难实现针对单个细胞的膜穿孔。响应于此类问题,可以在各种生物流体中执行可控运动的游泳纳米机器有望实现靶向靶细胞的膜穿孔。
血液影响主要有两个方面:首先,大多数机器人进入人体后都是异物,免疫系统会排斥它们。吴志光的研究小组将微纳米机器人伪装成天然细胞,以避免免疫系统的攻击。
其次,当逆着血流游动时,流速对微纳米机器人的影响更大。他们发现自然界中的许多动物和微生物都生活在流动的环境中。
为了更好地适应流体环境,他们选择移近基材。受此启发,该团队开发了两个可沿基材移动的游泳微纳米机器人。
多孔流体以生物大分子为骨架,内含水和小分子,被称为生物水凝胶。这种三维结构影响药物向患者区域的输送。
吴志光的团队开发了一种机器人,该机器人的尺寸小于生物液体的孔径。