近日，哈工大（深圳）馬星教授課題組陳昱鐸以第一作者身份在國際著名期刊《先進(jìn)功能材料》（《Advanced Functional Materials》）上發(fā)表論文。該研究團(tuán)隊開發(fā)了一種磁控驅(qū)動的碳基材料螺旋納米機(jī)器人，并將其用于無線操控的細(xì)胞膜精準(zhǔn)穿刺，同時實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)生物信號的檢測和單細(xì)胞靶向光熱殺傷癌細(xì)胞的診療功能。
在微納米尺度下使用無線操控器件完成細(xì)胞膜穿刺，對藥物輸運(yùn)、微創(chuàng)手術(shù)、基因編輯等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與醫(yī)療應(yīng)用具有重要意義。自1911年報道的微針注射研究以來，各種針對細(xì)胞的穿膜技術(shù)和跨膜遞送策略被研究人員提出，但現(xiàn)有的大多技術(shù)存在可操控性弱、設(shè)備相對復(fù)雜、靶向精準(zhǔn)性差、跨膜效率低等問題。微納米機(jī)器人作為一種能夠?qū)⑵渌问侥芰哭D(zhuǎn)換為機(jī)械能的小型化無線操控器件，可實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動的靶向運(yùn)動，同時能夠在復(fù)雜的微環(huán)境中完成超微型的操作任務(wù)。
磁性螺旋納米機(jī)器人的制備、進(jìn)行細(xì)胞膜穿孔、完成胞內(nèi)信號檢測、以及單細(xì)胞靶向光熱殺傷癌細(xì)胞示意圖
據(jù)介紹，團(tuán)隊通過化學(xué)氣相沉積和物理沉積技術(shù)批量化制備出了磁性螺旋納米機(jī)器人，基于磁控旋進(jìn)運(yùn)動的策略，開展對納米機(jī)器人的精準(zhǔn)運(yùn)動控制與運(yùn)動行為分析，進(jìn)而控制納米機(jī)器人實(shí)施單細(xì)胞的靶向穿刺。團(tuán)隊通過激光共聚焦染色分析，證實(shí)了納米機(jī)器人對細(xì)胞膜以及核膜的機(jī)械突破能力。該納米機(jī)器人可以進(jìn)一步完成胞內(nèi)的生物拉曼信號的采集，并且利用自身材料光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對單細(xì)胞靶向的光熱殺傷癌細(xì)胞。這項(xiàng)工作提出了對細(xì)胞膜機(jī)械穿孔的新途徑，為開發(fā)診療一體化的生物醫(yī)用微納米載體平臺提供了新思路。
該論文第一作者陳昱鐸是哈工大（深圳）材料科學(xué)與工程學(xué)院2017級本科生。2019年10月，陳昱鐸進(jìn)入生物智能材料實(shí)驗(yàn)室參與科研工作，在馬星教授與團(tuán)隊成員的指導(dǎo)下，陳昱鐸不斷探索創(chuàng)新，進(jìn)一步堅定了自己的科研理想。本科畢業(yè)后，陳昱鐸選擇作為課題組臨時研究助理留校繼續(xù)開展科研工作。目前，他已被洛桑聯(lián)邦理工(EPFL)-材料科學(xué)與工程碩士項(xiàng)目錄取，計劃于秋季學(xué)期赴歐留學(xué)深造。
哈工大（深圳）為通訊單位，哈工大（深圳）馬星教授與深圳大學(xué)孫燕明助理教授為共同通訊作者。
