這個想法聽起來像是科幻小說中的情節：微小的醫療機器在體內穿梭，運送藥物、採集組織樣本或進行小型外科修復。但是，現在，研究人員首次展示了一種簡單的微型馬達，它可以自行在體內推進（ACS Nano 2014, DOI: 10.1021/nn507097k）。當引入小鼠的胃中時，微型馬達會游到胃壁並運送貨物。
托馬斯·E·馬洛克說，這項研究是一個重要的里程碑，他在賓夕法尼亞州立大學開發奈米馬達和微型馬達。它顯示了電動顆粒可能改善奈米顆粒藥物載體和成像劑功能的潛力。
近年來，研究人員設計了微型馬達，這些馬達與周圍溶液中的化學物質反應，產生氣泡射流，推動它們前進或驅動運動部件。這些顆粒可以遊動或執行任務，例如在試管血液中分類細胞。但到目前為止，還沒有人在動物體內測試過這些裝置。約瑟夫·王是加州大學聖地亞哥分校的一位奈米工程師，他說，一個主要的挑戰是馬達反應並快速移動的燃料。例如，他早期的設計使用了有毒的過氧化氫。王和該領域的其他人都希望設計出可以使用生物體中的化學物質作為燃料，而不會產生有毒副產品的新型馬達。
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2012年，王和他的同事製造了由酸驅動的微型馬達，這提供了在體液（如胃液）上執行這些裝置的潛力（J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja210874s）。這些馬達由20微米長、5微米寬的圓柱形管組成，這些管由生物相容性聚合物聚（3,4-乙烯二氧噻吩）或PEDOT製成，並填充了鋅。鋅還原氫離子以產生氫氣氣泡。這些管可以達到每秒約60微米的速度。
在新的研究中，王與張良方合作，張良方是加州大學聖地亞哥分校的一位奈米醫學研究員，旨在測試這些微型馬達將貨物輸送到小鼠胃壁的能力。他們認為，與被動顆粒不同，噴氣推進的顆粒可以穿透覆蓋胃部的厚厚粘液層，然後保持嵌入直到溶解。
該團隊首先將微型馬達與填充了鉑的微型馬達進行了比較，鉑不會與酸反應形成推進劑氣泡，而是鋅。研究人員使用導管將精確劑量的兩種顆粒型別輸送到小鼠的胃中。兩小時後，留在胃組織中的鋅微型馬達數量幾乎是鉑顆粒的四倍，這表明噴氣推進的馬達可以穿透厚厚的粘液層。
接下來，研究人員測試了微型馬達以金奈米顆粒形式輸送貨物的能力。當小鼠接受了聚合物塗層中嵌入金奈米顆粒的微型馬達的口服劑量後，兩小時後，動物胃組織中最終含有每克168納克的金；那些僅接受等劑量金奈米顆粒的小鼠含有每克53.6納克的金。研究人員說，這些結果表明，在微型馬達中裝載貨物可以提高輸送效率。
該團隊還觀察到小鼠體內微型馬達沒有毒性或免疫反應的跡象。在胃內，微型馬達完全溶解，沒有產生有毒副產品。
加州大學聖地亞哥分校的團隊計劃在這些早期結果的基礎上，為他們的顆粒新增更多功能。“我們正在嘗試新增夾爪，這些夾爪將響應pH值的變化而移動，”王說。