第一个能够在细胞群内导航并刺激单个细胞的微型机器人

慕尼黑工业大学(TUM)的一组研究人员开发出了世界上第一个微型机器人(“微型机器人”)，能够在细胞组内导航并刺激单个细胞。纳米和微型机器人学教授BernaÖzkaleEdelmann看到了人类疾病新疗法的潜力。该研究发表在《先进医疗材料》杂志上。

这些微型机器人是圆形的，厚度只有人类头发的一半，含有金纳米棒和荧光染料，并被从藻类中获得的生物材料包围。它们可以由激光驱动在细胞之间移动。这些小机器人是由BernaÖzkaleEdelmann教授发明的。确切地说，这位生物工程师兼微型机器人生物工程实验室主任与她的研究团队合作，开发了一个用于大规模生产这些车辆的技术平台。它们目前正在体外、体外使用。

迷你机器人：乘坐出租车前往牢房

TACSI微型机器人不同于工厂中常见的经典人形机器人或机械臂。整个系统需要一台显微镜来放大小尺度世界，一台计算机和一台激光器来驱动30微米(μm)的人控微型机器人。机器人可以被加热，并且它们还不断地指示它们的温度。这很重要，因为除了能够找到到达单个单元的能力之外，它们还被设计用于加热单个单元或单元组的位置。

TACSI代表热激活细胞信号成像。简而言之，它是一个基于图像的系统，能够加热细胞以激活它们。TACSI是一辆名副其实的“出租车”——未来，这款微型机器人将直接“驾驶”到研究人员希望研究细胞过程的地点。ÖzkaleEdelmann教授表示：“我们开发了一种系统，这在全球范围内尚属首例，它不仅可以使微型机器人在细胞群中导航，甚至可以通过温度变化刺激单个细胞。”

微型机器人的生产基于模拟制造过程的“微流控芯片”。生物材料通过芯片左侧的通道注入。然后通过15–60µm通道从上方和下方添加具有特定成分的油。完成的机器人出现在右侧。对于TACSI微型机器人，添加了以下组件：

荧光染料：在这种情况下，使用橙色罗丹明B染料，它会随着温度的升高而失去颜色强度。这使得微型机器人成为观察者的有效温度计。

金纳米棒：25-90纳米(nm)的贵金属棒具有在激光轰击时快速加热(并再次冷却)的特性。只需几微秒，机器人的温度就升高5°C。纳米棒可以加热至60°C。通过纳米棒的自动温度平衡过程(称为对流)，机器人以每秒65微米的最大速度开始运动。

研究团队成员PhilippHarder解释道：“这使得在一次生产运行中制造多达10,000个微型机器人成为可能。”

细胞对温度变化做出反应

有时，微小的温度变化就足以影响细胞过程。“当皮肤受伤时，例如割伤，体温会轻微升高，从而导致免疫系统被激活，”ÖzkaleEdelmann教授解释道。

她想更多地了解这种“热刺激”是否可以用来治愈伤口。目前还缺乏关于癌细胞在受到刺激时是否变得更具攻击性的研究。目前的研究表明，癌细胞在高温(60°C)下会死亡。这种作用还可用于治疗心律失常和抑郁症。

钙输入：细胞内离子通道打开

ÖzkaleEdelmann教授团队的研究人员利用肾细胞证明细胞离子通道可能受到影响。为此，他们将TACSI微型机器人引导至细胞内。“我们使用红外激光来提高温度。为了测量温度的升高，我们测量了罗丹明B染料颜色的强度，”PhilippHarder解释道。研究小组观察到，细胞的离子通道在一定温度下打开，例如允许钙进入细胞。

“通过这个具体的例子，我们证明即使温度略有升高，热量也会引起细胞的变化，”ÖzkaleEdelmann教授说。她希望进一步的研究能够为新的治疗方法指明道路，例如使药物进入单个细胞成为可能。