로봇 정자

Robotic sperm
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Flagellum from a gram-negative bacterium (unlabelled).png
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로봇 정자는 정자 세포와 인공 미세 [1][2][3]구조로 구성된 생체 잡종 마이크로 로봇이다.현재 정자에는 두 가지 종류가 있습니다.첫 번째 유형인 관상 정조세포는 마이크로 튜브 안에서 포착된 단일 정자 세포로 구성되어 있다.단일 황소 정자 세포가 이 미세관에 들어가서 안에 갇히게 된다.정자의 꼬리는 마이크로튜브를 [1]움직이는 원동력이다.두 번째 유형인 나선 정자는 단일 불활성 정자 세포를 포착하고 운반하는 작은 나선 구조입니다.이 경우 회전하는 자기장이 나선을 나사 모양의 운동으로 구동합니다.두 종류의 정자 모두 약한 [2]자기장에 의해 유도될 수 있다.이 두 개의 정자 모양 디자인은 하이브리드 마이크로 디바이스이며 합성 부착물과 결합된 살아있는 세포로 구성됩니다.자연 정자 세포의 수영에서 영감을 얻은 순수 합성 미세 장치를 만들기 위한 다른 접근법이 존재한다. 예를 들어, 자기층으로 코팅된 유연한 고분자 구조로 만들어지고 자기장에 [4]의해 작동될 수 있는 소위 자기장이라고 불리는 생체 모방 설계로 말이다.

설계.

관상 정자

처음에는 관상 정자용 마이크로튜브는 [5]포토레지스트에 롤업 나노 기술을 사용하여 제작되었습니다.이 과정에서 티타늄과 철의 얇은 막이 희생층 위에 퇴적되었다.희생층을 제거하자 박막은 직경 5~8µm의 50µm 길이의 마이크로튜브로 말렸다.나중에, 마이크로튜브는 [6]몇 도 정도의 작은 온도 변화에서도 정자 세포의 방출을 제어하기 위해 온도 반응성 폴리머로 만들어졌습니다.

현미경 아래 희석된 정자 시료에 마이크로튜브를 다량 첨가하여 관상 정자를 조립한다.정자 세포는 무작위로 미세관에 들어가 약간 원추형 공동에 갇히게 된다.정자 세포와 미세관 사이의 결합 효율을 높이기 위해, 미세관은 단백질 또는 정자 화학 유인제로 기능화 되었다.이것은 튜브가 롤업되면 티올 화학을 사용하거나 튜브를 [7]롤업하기 전에 엘라스토머 스탬프가 찍힌 분자를 물질에 옮겨서 수행되었습니다.

나선 정자

개별 정자세포에 자성 미세나선을 구동하고, 그 꼬리를 나선내강 내에 가두어 정자의 머리를 앞으로 밀어냄으로써 나선정자를 조립한다.정자 세포는 나선에 느슨하게 연결되어 있고 나선의 회전을 반대로 함으로써 방출될 수 있으며, 이 과정에서 정자가 머리에서 빠져나와 제한된 꼬리를 풀어줍니다.이러한 미세나선은 직접 레이저 리소그래피로 제작되어 니켈 또는 철로 코팅되어 [2]자화되었습니다.

내비게이션

로봇 정자는 몇 mT의 약한 외부 자기장에 의해 항법될 수 있다.이러한 필드는 영구 자석 또는 전자석의 설정에 의해 생성될 수 있습니다.적용되는 자기장은 균질,[8] 회전 또는 경사장이 될 수 있습니다.관형 및 나선형 정조체는 전자 코일 [9]설정으로 폐쇄 루프 제어 방식으로 탐색할 수도 있습니다.

적용들

정조세포는 단일 세포 조작 및 보조 번식에 대한 잠재적 적용 가능성뿐만 아니라 표적 약물 전달에도 적용된다.최근의 연구는 수정된 관상 정자가 암 약물의 [10]전달에 사용될 수 있다는 것을 보여준다.이 경우 정자 세포에 독소르비신이 탑재된다.2광자 나노 리소그래피로 만들어진 인공 미세구조는 약물을 적재한 정자세포를 포착한다.정자세포는 자기 미세구조를 위한 작동원이며 암 구상체로 이를 추진할 수 있다.이 위치에서는 스프링 메커니즘에 의해 약물을 적재한 정자가 방출되어 정자세포가 암세포에 약물을 전달한다.

전망

마이크로스위머로서의 로봇 정자는 다양한 생물의학 응용, 특히 새로운 보조 수정 기술 및 치료용 화물의 목표 전달에 흥미롭다.이러한 마이크로 스위머는 생체 내 환경에서 작동하도록 설계되었으며,[11] 이 기능은 미래에 보조 재생 기술과 나노 의학을 혁신할 수 있습니다.새로운 디자인이 등장하고 있으며, 여기에 기재된 [3][11]개념에서 많은 애플리케이션을 도출할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Magdanz, Veronika; Sanchez, Samuel; Schmidt, Oliver G. (2013). "Development of a Sperm-Flagella Driven Micro-Bio-Robot". Advanced Materials. 25 (45): 6581–6588. doi:10.1002/adma.201302544. PMID 23996782.
  2. ^ a b c Medina-Sánchez, Mariana; Schwarz, Lukas; Meyer, Anne K.; Hebenstreit, Franziska; Schmidt, Oliver G. (2016). "Cellular Cargo Delivery: Toward Assisted Fertilization by Sperm-Carrying Micromotors". Nano Letters. 16 (1): 555–561. Bibcode:2016NanoL..16..555M. doi:10.1021/acs.nanolett.5b04221. PMID 26699202.
  3. ^ a b Magdanz, Veronika; Medina-Sánchez, Mariana; Schwarz, Lukas; Xu, Haifeng; Elgeti, Jens; Schmidt, Oliver G. (2017). "Spermatozoa as Functional Components of Robotic Microswimmers". Advanced Materials. 29 (24): 1606301. doi:10.1002/adma.201606301. PMID 28323360.
  4. ^ Khalil, Islam S. M.; Dijkslag, Herman C.; Abelmann, Leon; Misra, Sarthak (2014). "MagnetoSperm: A microrobot that navigates using weak magnetic fields". Applied Physics Letters. 104 (22): 223701. Bibcode:2014ApPhL.104v3701K. doi:10.1063/1.4880035.
  5. ^ Mei, Yongfeng; Huang, Gaoshan; Solovev, Alexander A.; Bermúdez Ureña, Esteban (2008). "Versatile Approach for Integrative and Functionalized Tubes by Strain Engineering of Nanomembranes on Polymers". Advanced Materials. 20 (21): 4085–4090. doi:10.1002/adma.200801589.
  6. ^ Magdanz, Veronika; Guix, Maria; Hebenstreit, Franziska; Schmidt, Oliver G. (2016). "Dynamic Polymeric Microtubes for the Remote-Controlled Capture, Guidance, and Release of Sperm Cells". Advanced Materials. 28 (21): 4084–4089. doi:10.1002/adma.201505487. PMID 27003908.
  7. ^ Magdanz, Veronika; Medina-Sánchez, Mariana; Chen, Yan; Guix, Maria; Schmidt, Oliver G. (2015). "How to Improve Spermbot Performance". Advanced Functional Materials. 25 (18): 2763–2770. doi:10.1002/adfm.201500015.
  8. ^ Zhang, Li; Abbott, Jake J.; Dong, Lixing; Kratochvil, Bradley E.; Bell, Dominik; Nelson, Bradley J. (2009). "Artificial bacterial flagella: Fabrication and magnetic control". Applied Physics Letters. 94 (6): 064107. Bibcode:2009ApPhL..94f4107Z. doi:10.1063/1.3079655.
  9. ^ Khalil, Islam S. M.; Magdanz, Veronika; Sanchez, Samuel; Schmidt, Oliver G.; Misra, Sarthak (2013). "Three-dimensional closed-loop control of self-propelled microjets". Applied Physics Letters. 103 (17): 172404. Bibcode:2013ApPhL.103q2404K. doi:10.1063/1.4826141.
  10. ^ Xu, Haifeng; Medina-Sánchez, Mariana; Magdanz, Veronika; Schwarz, Lukas; Hebenstreit, Franziska; Schmidt, Oliver G. (2017). "Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract". ACS Nano. 12 (1): 327–337. arXiv:1703.08510. doi:10.1021/acsnano.7b06398. PMID 29202221.
  11. ^ a b Medina-Sánchez, Mariana; Schmidt, Oliver G. (2017). "Medical microbots need better imaging and control". Nature. 545 (7655): 406–408. Bibcode:2017Natur.545..406M. doi:10.1038/545406a. PMID 28541344.