这个想法听起来像是科幻小说中的情节：微小的医疗机器在体内穿梭，运送药物、采集组织样本或进行小型外科修复。但是，现在，研究人员首次展示了一种简单的微型马达，它可以自行在体内推进（ACS Nano 2014, DOI: 10.1021/nn507097k）。当引入小鼠的胃中时，微型马达会游到胃壁并运送货物。
托马斯·E·马洛克说，这项研究是一个重要的里程碑，他在宾夕法尼亚州立大学开发纳米马达和微型马达。它显示了电动颗粒可能改善纳米颗粒药物载体和成像剂功能的潜力。
近年来，研究人员设计了微型马达，这些马达与周围溶液中的化学物质反应，产生气泡射流，推动它们前进或驱动运动部件。这些颗粒可以游动或执行任务，例如在试管血液中分类细胞。但到目前为止，还没有人在动物体内测试过这些装置。约瑟夫·王是加州大学圣地亚哥分校的一位纳米工程师，他说，一个主要的挑战是马达反应并快速移动的燃料。例如，他早期的设计使用了有毒的过氧化氢。王和该领域的其他人都希望设计出可以使用生物体中的化学物质作为燃料，而不会产生有毒副产品的新型马达。
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2012年，王和他的同事制造了由酸驱动的微型马达，这提供了在体液（如胃液）上运行这些装置的潜力（J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja210874s）。这些马达由20微米长、5微米宽的圆柱形管组成，这些管由生物相容性聚合物聚（3,4-乙烯二氧噻吩）或PEDOT制成，并填充了锌。锌还原氢离子以产生氢气气泡。这些管可以达到每秒约60微米的速度。
在新的研究中，王与张良方合作，张良方是加州大学圣地亚哥分校的一位纳米医学研究员，旨在测试这些微型马达将货物输送到小鼠胃壁的能力。他们认为，与被动颗粒不同，喷气推进的颗粒可以穿透覆盖胃部的厚厚粘液层，然后保持嵌入直到溶解。
该团队首先将微型马达与填充了铂的微型马达进行了比较，铂不会与酸反应形成推进剂气泡，而是锌。研究人员使用导管将精确剂量的两种颗粒类型输送到小鼠的胃中。两小时后，留在胃组织中的锌微型马达数量几乎是铂颗粒的四倍，这表明喷气推进的马达可以穿透厚厚的粘液层。
接下来，研究人员测试了微型马达以金纳米颗粒形式输送货物的能力。当小鼠接受了聚合物涂层中嵌入金纳米颗粒的微型马达的口服剂量后，两小时后，动物胃组织中最终含有每克168纳克的金；那些仅接受等剂量金纳米颗粒的小鼠含有每克53.6纳克的金。研究人员说，这些结果表明，在微型马达中装载货物可以提高输送效率。
该团队还观察到小鼠体内微型马达没有毒性或免疫反应的迹象。在胃内，微型马达完全溶解，没有产生有毒副产品。
加州大学圣地亚哥分校的团队计划在这些早期结果的基础上，为他们的颗粒添加更多功能。“我们正在尝试添加夹爪，这些夹爪将响应pH值的变化而移动，”王说。