供稿人：馮俊男 高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2022-11-30
由心肌、骨骼肌等生命材料驅(qū)動(dòng)的類生命機(jī)器人具有感知、響應(yīng)和適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境載荷的潛力，可用于藥物篩選和毒性評(píng)估等相關(guān)領(lǐng)域。然而基于肌肉細(xì)胞的類生命機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力較弱，很難通過辨別類生命機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的變化來評(píng)估藥物和毒性效果。為了克服這一局限性，韓國科學(xué)技術(shù)院的研究者將透明質(zhì)酸修飾的金納米顆粒（HA-AuNPs）引入到三維骨骼肌束中，將該肌束與3D打印的PDMS機(jī)械支架結(jié)合，得到的高驅(qū)動(dòng)性能類生命機(jī)器人在不同的藥物刺激下表現(xiàn)出巨大的運(yùn)動(dòng)變化。
HA-AuNPs可以維持肌細(xì)胞的活性，促進(jìn)肌細(xì)胞的分化和成熟，因此將HA-AuNPs包埋入三維水凝膠肌束中，得到肌束的收縮位移是未引入HA-AuNPs肌束的6.24倍。使用光固化3D打印制作了類生命機(jī)器人支架的模具，接下來將PDMS注入該模具中并在70℃烘箱中孵化，由此得到了類生命機(jī)器人的機(jī)械支架。該支架對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)具有重要作用，它將肌肉束的水平收縮轉(zhuǎn)變?yōu)榱酥Ъ芪膊康纳舷聰[動(dòng)，由此可以響應(yīng)外界刺激快速向前移動(dòng)。電刺激下該機(jī)器人速度達(dá)到了2.8 mm/min，比未引入HA-AuNPs的機(jī)器人快了6倍，顯示出了強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)性能。為測試該機(jī)器人在藥物篩選領(lǐng)域的作用，分別使用不同濃度的異丙腎上腺素和異博定溶液刺激肌束，肌束的收縮位移顯著變化；且該機(jī)器人在100 nM異丙腎上腺素下速度提高了1.48倍，在10 μM異博定下速度減小了3.93倍，展現(xiàn)出了藥物和毒性效果評(píng)估方面的潛力。
本文提出的方法為類生命機(jī)器人的發(fā)展鋪平了道路。在未來，可以通過引入神經(jīng)組織，例如運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元等，來進(jìn)行神經(jīng)肌肉疾病的藥物篩選。
圖1 基于HA-AuNPs的類生命機(jī)器人的整體方案
圖2 不同藥物刺激該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能