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微型機器人在我們的血管中游動，攻擊病毒和惡性細胞，但這尚未完全跨越科幻與科學之間的界限——但或許有一種方法可以加速它們的發展。
設計比血細胞還小的靈巧機器人極具挑戰性。一些科學家沒有從頭開始設計，而是一直在嘗試徵募一支現成的精密奈米機器人軍隊：存在於我們體內數千種細菌。近年來，研究人員已經讓微生物負載了有用的奈米粒子和DNA片段。儘管這項研究尚處於初步階段，但一些工程師和微生物學家看到了可實現的潛力。本週，在聖地亞哥舉行的美國化學學會年會上，約翰·霍普金斯大學的生物分子工程師大衛·格拉西亞斯討論了他和他的同事在將奈米粒子粘附到細菌方面取得的進展。
到目前為止，格拉西亞斯和他的同事已經成功地用由鎳和錫塗層鍍金製成的極其微小的珠子、棒狀物和新月形物裝飾了大腸桿菌。每個奈米粒子的直徑約為300奈米，大約是木煙顆粒大小的三倍。研究人員用抗體將奈米粒子粘附到細菌上，抗體是免疫系統用來識別外來細胞、病毒和有害細菌的小型Y形蛋白質。每種抗體都像拼圖碎片一樣嵌入入侵病原體表面的不同蛋白質陣列中；抗體也可以鎖定其他抗體——通常來自不同物種。格拉西亞斯和他的同事首先用來自山羊和兔子的抗體塗覆奈米粒子，隨後用互補抗體塗覆細菌。當他們將細菌浸泡在奈米粒子溶液中並加熱混合物時，珠子、棒狀物和新月形物粘附在細菌上，就像許多幸運符麥片棉花糖粘附在溼勺子的底部一樣。
格拉西亞斯和他的團隊還設計了一種方法，可以在微型停靠站將奈米粒子載入到細菌上，並根據需要釋放它們。首先，他們用Y形抗體覆蓋了小的矽和金方塊，然後在上面附著了點綴著互補抗體的小珠子。然後，他們將帶有另一組互補抗體的細菌引入等待的小珠子中——正如預期的那樣，它們像尼龍搭扣一樣扣在一起。一股溶解化學物質的波浪將細菌及其貨物珠子從停靠站分離出來。
許多負載奈米粒子的細菌仍然能夠自由移動，儘管不如它們未負載的同類那樣快速。然而，有時，揹著揹包的細菌只是原地打轉，顯然無法向前移動。“這絕對是一項正在進行中的工作，”格拉西亞斯說。“目前，我們主要專注於改變奈米粒子的大小和形狀，並確保它們粘附牢固。”
這種奈米粒子可以用紅外光從遠處加熱，從而破壞病變組織。最終，格拉西亞斯夢想著誘導細菌運送浸泡在藥物中的海綿狀奈米粒子，併為細菌配備微型感測器，以測量區域性溫度和pH值，或配備在單個細胞上進行手術的微型工具。其他科學家的類似研究證實了工程細菌直接將醫療包遞送到活細胞中的潛力。
在早期的工作中，斯坦福大學的德米爾·阿金和他的同事使用抗體和奈米粒子將DNA分子附著到弱化的單核細胞增生李斯特菌上，這種細菌是許多食物中毒病例的罪魁禍首。單核細胞增生李斯特菌是一種細胞內細菌，這意味著它已經進化出進入動物細胞的方法。阿金將熒光素酶基因（編碼使螢火蟲發光的酶）附著到單核細胞增生李斯特菌上，並將細菌注射到活老鼠體內。三天後，老鼠在專用相機的照射下發光，證實細菌不僅進入了老鼠的細胞，細胞核還整合了細菌的貨物並表達了該基因。阿金設計的活體微型機器人可以在哺乳動物細胞內釋放它們的DNA包裹，那裡的pH值足夠低（酸性）以溶解將熒光素酶基因粘附到細菌上的化學鍵。
單核細胞增生李斯特菌的優勢在於它知道如何進入細胞，但即使是弱化的版本，用作醫療主力也是有風險的，因為它會使人生病。相比之下，大腸桿菌則無害得多，但並非所有菌株都具有進入細胞的特定適應性。威斯康星大學麥迪遜分校的道格拉斯·韋貝爾說，關鍵是使用一種無害的微生物，它是一個強大的游泳者，並且可以毫不費力地進入哺乳動物細胞。在一項實驗中，他們主要出於樂趣而進行，韋貝爾、哈佛大學的喬治·懷特塞茲和他們的同事將奈米級聚苯乙烯珠子連線到一種叫做萊茵衣藻的單細胞綠藻上。韋貝爾和懷特塞茲透過向藻類細胞的一側照射光線（藻類向光移動）成功地操縱了他們的“微型牛”。
在那之後，韋貝爾沒有繼續研究工程微生物來運送奈米粒子的挑戰，但他仍然對正在進行的研究感到著迷。“細菌已經弄清楚如何在體內移動，”他說。“它們已經進化出驚人的運動能力。它們可以感知環境變化並適應，不僅在短時間內適應，而且它們也可以在基因上適應。即使我們無法讓它們在人體內輸送東西，它們也可能對在實驗室中運輸奈米粒子有用。誰知道我們在50年後會有什麼進步呢。”