科學家制造奈米改裝車

研究人員提升了納米機器的效能,使其更接近醫療和工業用途

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就像一群實驗室裡的汽車愛好者一樣,亞利桑那州立大學(A.S.U.)的研究人員找到了一種方法來改進微觀“奈米機器”,這些機器有朝一日可能用於輸送救生藥物或測試世界偏遠地區的飲用水質量。科學家們沒有使用渦輪增壓器和高辛烷值汽油,而是調整了他們的發動機設計,並使用了一種新增劑來加速過氧化氫氧化成燃料,從而製造出比以前製造的任何奈米機器強大350倍的機器。

奈米機器是一種小於一微米(一百萬分之一米,或約萬分之四英寸)的微小裝置,科學家們希望它很快就能夠執行各種醫療和研究功能,例如靶向輸送抗癌藥物,比今天可能的方式更有效率和速度。在過去的幾年裡,科學家們用金、鉑和鎳製造了以過氧化氫為燃料的奈米機器。問題是,它們都不夠強大或快速,無法執行實際的科學應用,因為它們移動速度不超過每秒10微米。

但是,A.S.U.生物設計研究所生物電子學和生物感測器中心主任Joseph Wang、研究生助教Rawiwan Laocharoensuk和實驗室助理Jared Burdick在期刊ACS Nano上報告說,他們透過將碳奈米管插入鉑中,成功地將奈米機制的平均速度提高到每秒60微米(這幾乎與推動微生物的系統一樣快)。

他們透過新增肼(一種氨衍生的化合物,可加速過氧化氫氧化),將速度進一步提高到每秒200微米(相當於奈米機器體長的100倍)。

Wang說:“我們首次製造出更強大的合成奈米馬達。以前的奈米機器太弱,無法攜帶重物。”

A.S.U.的工作建立在過去幾年中各種研究人員對奈米馬達的改進之上。美國國立衛生研究院兩年前向普渡大學研究團隊提供了700萬美元,為期五年,以研究奈米馬達(一種微觀生物機器)在診斷和治療癌症、艾滋病、乙型肝炎和流感等疾病中的潛在用途。賓夕法尼亞州立大學多倫多大學的研究人員也研究了納米馬達的開發,但沒有嘗試Wang及其團隊引入的增強技術。

奈米機器以體內發現的微生物為模型。例如,稱為驅動蛋白的蛋白質是天然的奈米馬達,支援細胞功能,例如有絲分裂(從一個親本細胞核建立兩個細胞核的染色體過程)和減數分裂(每個細胞的染色體數量減少一半時)。

一些環保主義者和消費者權益倡導者對奈米技術的潛在安全風險表示擔憂,指出很少有研究評估如此微小且難以檢測的顆粒對人體可能造成的危害。但Wang駁斥了這些擔憂,並指出他使用了無毒的建築材料。他說:“鉑和金在如此小的數量下對身體無害,”並補充說,他的團隊的工作為建立基於奈米馬達的感測系統以監測體內化學物質(包括葡萄糖)鋪平了道路,儘管實際應用還需要數年時間。

研究人員在ACS Nano中寫道:“我們預計這些研究將帶來更節能的奈米馬達,並將為奈米級車輛系統開闢新的機遇”,這些系統可以在全身運輸和釋放大量藥物。Wang及其團隊創造的注入碳奈米管的裝置即使在運輸直徑比它們大10倍的貨物時也能夠移動。

不用說,人體不會產生驅動奈米馬達所需的過氧化氫,因此Wang和他的同事正在研究從葡萄糖合成過氧化氫的方法。使用奈米馬達物質輸送藥物還需要幾年時間。(例如,在任何人可以使用它們之前,它們必須經過多次臨床試驗並獲得美國食品和藥物管理局的批准,例如,為糖尿病患者攜帶胰島素或輸送可以疏通堵塞動脈的藥物。)但Wang表示,這種微型馬達可能會在未來兩年內用作感測器的一部分,可以檢測飲用水中的雜質(金屬或微生物),並最終去除它們。

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