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迷你“逆行者”：醫(yī)療機(jī)器人中的“顯眼包”

早在1966年，一部科幻電影《奇幻之旅》大膽構(gòu)想了一艘小型潛艇在血液中行進(jìn)，執(zhí)行清除科學(xué)家大腦中血凝塊的任務(wù)。事實(shí)證明，這并非天方夜譚，這種可愛(ài)迷你的“顯眼包”醫(yī)生真的誕生了。

近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所智能仿生中心尚萬(wàn)峰課題組，與香港科技大學(xué)智能制造中心合作，面對(duì)血管等流體環(huán)境下微型醫(yī)療機(jī)器人逆流游動(dòng)難、控制力不足等挑戰(zhàn)，制作出在血液中勻速行進(jìn)的自矢量迷你“逆行者”，為微型磁性機(jī)器人在實(shí)際血管中應(yīng)用提供了新研究思路和解決方案。

心血管疾病（CVD）是全球第一大死因，約80%的CVD死亡由心臟病發(fā)作和腦卒中引起。為實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)CVD疾病治療的最終目標(biāo)，近年來(lái)科學(xué)家提出了許多用于血管的磁性無(wú)束縛機(jī)器人。但由于血液流動(dòng)性，血管中無(wú)繩系、無(wú)束縛微型機(jī)器人承受著巨大阻力，很難在自由狀態(tài)下保持靜止，逆流而上定點(diǎn)給藥控制難度更大。

如何才能降低無(wú)線機(jī)器人在血管中所受流體阻力呢？課題組提出了流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、貼壁運(yùn)動(dòng)及貼壁旋轉(zhuǎn)磁驅(qū)策略：流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較之傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所受流體阻力減少了約58.5%；機(jī)器人在流體阻力較低的管壁處前進(jìn)，相較于管中央前進(jìn)的經(jīng)典方式，流體阻力進(jìn)一步減少約30.7%；通過(guò)旋勻速旋轉(zhuǎn)梯度磁場(chǎng)在流線機(jī)器人表面產(chǎn)生的高效磁旋推“拖拽”力克服流體阻力，可控制無(wú)線機(jī)器人在管中勻速前進(jìn)，解決了運(yùn)動(dòng)卡頓、不穩(wěn)定等問(wèn)題，達(dá)到約143mm/s的相對(duì)逆流速度。研究人員在豬血管中進(jìn)行了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力的測(cè)試，充分驗(yàn)證了機(jī)器人在真實(shí)血管中的逆流運(yùn)動(dòng)能力，使血管內(nèi)無(wú)線機(jī)器人的臨床應(yīng)用成為可能。

新型“隱形墨水”玩轉(zhuǎn)“加密—解密”

對(duì)突如其來(lái)的搜捕審查，情報(bào)人員情急之下將絕密信息用“隱形墨水”記錄下來(lái)。事后，他的同伴涂抹藥水或加熱后，字跡就慢慢顯現(xiàn)出來(lái)……諜戰(zhàn)大片里常出現(xiàn)的橋段，讓人不免對(duì)“隱形墨水”浮想聯(lián)翩。近期，東南大學(xué)智能材料研究院李全團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型“隱形墨水”——一種響應(yīng)速度快、可重寫(xiě)、制備簡(jiǎn)單、條件溫和的可擦寫(xiě)材料，玩轉(zhuǎn)“加密—解密”。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)一系列雙重響應(yīng)的多疇液晶彈性體（LCEs），利用其在應(yīng)變/溫度的刺激下由不透明向透明狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)信息加密和實(shí)時(shí)、可重寫(xiě)的瞬態(tài)信息顯示。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)多重刺激響應(yīng)材料提供了新的選擇，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、加密和顯示系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用前景。

新型“隱形墨水”具體原理是：當(dāng)應(yīng)變誘導(dǎo)的多疇?wèi)B(tài)—單疇?wèi)B(tài)或溫度誘導(dǎo)的向列相—各向同性相相變發(fā)生時(shí)，制備的多疇LCEs樣品可以實(shí)現(xiàn)不透明到透明狀態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變應(yīng)變或溫度高度依賴于長(zhǎng)鏈柔性間隔劑的含量。利用不同LCE油墨加密的信息可以在特定的應(yīng)變或溫度下解密，從而實(shí)現(xiàn)信息的多級(jí)保護(hù)；結(jié)合多疇LCEs的相變和多壁碳納米管的光熱效應(yīng)，利用近紅外光作為書(shū)寫(xiě)筆，可實(shí)現(xiàn)可重寫(xiě)的瞬態(tài)信息顯示。

納米材料人工光感受器有望用于改善視力缺陷

光感受器變性一直是失明的主要原因之一。光感受器退行性疾病如視網(wǎng)膜色素變性往往導(dǎo)致光感受器的不可逆死亡。因此，如何有效重建失明患者的視覺(jué)功能一直是臨床上面臨的重大難題。近日，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院/腦功能與腦疾病全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張嘉漪團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院的姜春暉團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院的袁源智團(tuán)隊(duì)合作，經(jīng)過(guò)5年的不懈努力，成功利用氧化鈦納米線陣列人工光感受器在失明小鼠和非人靈長(zhǎng)類模型上實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)功能的修復(fù)。

合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜下植入納米顆粒包被二氧化鈦納米線陣列在小鼠視網(wǎng)膜下有77.5"μm的空間分辨率和3.92"Hz的時(shí)間分辨率。將該人工光感受器植入盲小鼠眼底后，小鼠能準(zhǔn)確識(shí)別低光強(qiáng)發(fā)光物體的位置。視動(dòng)反應(yīng)測(cè)試結(jié)果顯示，植入人工光感受器盲小鼠的空間分辨率接近正常小鼠水平。

合作團(tuán)隊(duì)還在獼猴眼內(nèi)實(shí)施了人工光感受器的植入手術(shù)，54周內(nèi)，植入體可以保持很好的穩(wěn)定性和生物相容性。該人工光感受器有望用于恢復(fù)視網(wǎng)膜退行性疾病患者的視覺(jué)功能，為后續(xù)臨床試驗(yàn)開(kāi)辟了道路。

工業(yè)機(jī)器人向“老磨工”的進(jìn)階之路

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，代替人類從事工業(yè)生產(chǎn)、加工過(guò)程。其中，工業(yè)機(jī)器人拋光機(jī)是一個(gè)特殊的存在，因?yàn)閽伖狻⒋蚰スに噷?duì)精度要求較高，而工業(yè)機(jī)器人拋光機(jī)具有低成本、高自由度和高動(dòng)態(tài)性能等顯著優(yōu)勢(shì)。然而，工業(yè)機(jī)器人較大的定位誤差會(huì)導(dǎo)致表面波紋，嚴(yán)重制約系統(tǒng)性能，而目前只能通過(guò)每次加工前的測(cè)量來(lái)低效補(bǔ)償這一誤差。

對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部開(kāi)展研究，首次提出數(shù)學(xué)模型補(bǔ)償機(jī)器人拋光定位誤差問(wèn)題的方式，并取得了較好的誤差補(bǔ)償結(jié)果。在研究人員自主研發(fā)的機(jī)器人拋光平臺(tái)上，補(bǔ)償后整個(gè)工作區(qū)的Z軸誤差降為±0.06mm，達(dá)到機(jī)器人重復(fù)定位誤差水平。測(cè)量誤差與建模誤差的Spearman相關(guān)系數(shù)均在0.88以上；同時(shí)，在實(shí)際拋光實(shí)驗(yàn)中，在不同條件下的圖形拋光或均勻拋光，他們提出的模型都能顯著抑制定位誤差帶來(lái)的波紋誤差以及頻率誤差。該研究為機(jī)器人拋光機(jī)提供了一種高效的即插即用補(bǔ)償模式，為進(jìn)一步提高機(jī)器人加工精度和效率提供了新的可能性。

用“絲滑”邏輯算出粗糙表面光譜發(fā)射率

光譜發(fā)射率是熱輻射體的輻射出射度的光譜密集度與處于相同溫度的全輻射體的光譜密集度之比，它是傳熱分析、紅外偽裝、非接觸輻射測(cè)溫、紅外傳感、遙感等科學(xué)和工程應(yīng)用中的重要參數(shù)。在上述領(lǐng)域，獲取準(zhǔn)確清晰的發(fā)射率特性非常重要，然而固體表面的發(fā)射率并非恒定，它受到溫度、表面成分、涂層、氧化等影響而動(dòng)態(tài)變化。研究表明，兩個(gè)固體表面即使具有相同的表面成分、溫度和氧化程度，其光譜發(fā)射率仍可能并不一致，其中表面粗糙度的影響較大，但目前粗糙度對(duì)固體表面發(fā)射率的影響機(jī)理尚不清楚。

近日，電子科技大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院（示范性微電子學(xué)院）CME中心研究團(tuán)隊(duì)提出基于構(gòu)造二維隨機(jī)粗糙表面的發(fā)射率計(jì)算方法，用以預(yù)測(cè)未知固體粗糙表面的發(fā)射率。他們使用已知發(fā)射率的參考表面和目標(biāo)表面的均方根高度Rq構(gòu)造出二維隨機(jī)粗糙表面，基于構(gòu)造的表面獲取兩個(gè)表面的粗糙度系數(shù)R，最終計(jì)算出未知粗糙表面的發(fā)射率。該方法能夠方便地計(jì)算未知粗糙表面的光譜發(fā)射率，為獲取粗糙表面光譜發(fā)射率開(kāi)辟了新途徑。

RNA甲基化修飾功能的密碼，如何破譯？

如果將DNA比作設(shè)計(jì)藍(lán)圖的話，其意圖的實(shí)施過(guò)程中還涉及一些重要的調(diào)控環(huán)節(jié)和變量。在復(fù)制DNA的過(guò)程中，RNA會(huì)對(duì)一些指令做出修改，自身發(fā)生甲基化，然后在細(xì)胞表達(dá)層面就會(huì)產(chǎn)生意想不到的變化。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，在各類RNA上已發(fā)現(xiàn)了超過(guò)170種化學(xué)修飾類型，這些化學(xué)修飾在細(xì)胞乃至生物體的命運(yùn)調(diào)控方面發(fā)揮著重要作用，廣泛參與了重要的生理和病理過(guò)程。

因此，破譯"RNA甲基化的“密碼”將有助于深入探究發(fā)育及相關(guān)疾病潛在的治療策略，具有廣闊的研究前景。近日，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所楊運(yùn)桂研究員發(fā)表綜述文章，圍繞當(dāng)下研究較多的4種RNA甲基化修飾，包括N6-甲基腺嘌呤（m6A）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、N1-甲基腺嘌呤（m1A）和N7-甲基鳥(niǎo)嘌呤（m7G），總結(jié)了RNA修飾的檢測(cè)技術(shù)、調(diào)控蛋白及其在發(fā)育中的功能，重點(diǎn)闡述了近年來(lái)RNA甲基化參與調(diào)控干細(xì)胞增殖、神經(jīng)發(fā)生、胚胎發(fā)育、動(dòng)物生殖以及植物生長(zhǎng)等各類發(fā)育進(jìn)程的研究進(jìn)展。

用細(xì)胞膜涂層策略快速篩選中藥有效成分

細(xì)胞膜生物涂層仿生策略直接利用天然來(lái)源細(xì)胞膜，賦予納米材料獨(dú)特的生物界面功能，能夠獲得優(yōu)異的敏感性和特異性。目前在親和識(shí)別領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，如腫瘤標(biāo)志物的檢測(cè)以及生物解毒等。然而，想利用細(xì)胞膜生物涂層仿生策略快速準(zhǔn)確地從中藥里篩選出有效成分，則需要獲得足夠表面密度的特定靶膜受體。

對(duì)此，西安交大藥學(xué)院王嗣岑研究團(tuán)隊(duì)基于前期在細(xì)胞膜生物涂層仿生藥物篩選策略方面的相關(guān)研究，提出一種新穎的細(xì)胞膜固定策略，結(jié)合基因工程和HaloTag技術(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)膜受體在磁性納米載體表面的高密度有序固定。這一策略通過(guò)基因工程在目標(biāo)膜受體膜外區(qū)表達(dá)HaloTag，實(shí)現(xiàn)膜受體的無(wú)損修飾，保證藥物篩選技術(shù)的準(zhǔn)確性；通過(guò)HaloTag與納米載體的特異性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)膜受體在納米載體表面的高密度固定，提高藥物篩選技術(shù)的靈敏度；目標(biāo)膜受體通過(guò)HaloTag在納米載體表面有序固定，實(shí)現(xiàn)受體膜內(nèi)區(qū)靶點(diǎn)的全暴露，因而拓展了藥物篩選技術(shù)的應(yīng)用范圍。

該技術(shù)能夠從天然產(chǎn)物中有效篩選酪氨酸激酶抑制劑，納米顆粒表面FGFR4密度顯著增強(qiáng)。此外，這一技術(shù)表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度。通過(guò)HaloTag錨定的共價(jià)位點(diǎn)特異性固定來(lái)實(shí)現(xiàn)高密度膜受體的設(shè)計(jì)，令細(xì)胞膜表面工程發(fā)展更具前景，也為受體膜內(nèi)區(qū)為靶點(diǎn)的活性成分發(fā)現(xiàn)以及藥物—受體相互作用的評(píng)價(jià)提供了新思路和新方法。