科學家研究利用精子為納米機器人供能

北京時間12月5日消息，據《科學日報》雜志4日報道，根據一項最新研究顯示，納米儀器將采用一種為精子長距離游動提供能量的生物途徑，用來釋放藥物，或者在人體內執行機械功能。

科內爾貝克動物健康研究所的研究人員進行的這種研究，可能是首次證明了如何能將多級生物學途經在人造設備中組裝起來，并發揮功能。特拉維斯在詹姆士·貝克動物健康研究所實施了這項研究，該研究所是科內爾大學獸醫學院的一部分。他說：“目前面臨的主要限制之一是制造一臺可植入的納米設備為它們提供能量。如果你能設計一種自行產生能量的設備，它就有可能工作更長時間，并且能調節自己的任務率。”這項技術的另一個可能的應用途徑是：制作納米噴管，將化療藥物或抗生素釋放到身體的特定部位。

哺乳動物的精子必須將能量傳輸給細長的鞭狀尾巴，為它們的游動提供動力。精子很大一部分是通過現場產生能量的方式來解決這一難題的，它修改了糖酵解生化酶，從而讓這些酶能夠附著在精子尾部的大部分固體結構上。在這個安全位置上，糖分解酶把糖轉變成三磷酸腺甙，始終為擺動的精子尾部提供能量。科內爾大學獸醫學院的吉娜蘇·穆凱、亞歷克斯·特拉維斯和其他人員研究了糖酵解途經的幾個早期步驟，以便查看他們是否能將它從覆蓋精子尾部的薄薄的“纖維鞘”上移動到一個固體無機替代品——鎳-NTA(氮川三乙酸)芯片上。

首先，這些研究人員針對精子的特殊部位，用一個可以粘貼在特殊的金表面的標簽取代了己糖激酶(糖酵解的第一個酶)。這種酶即使在受到限制的時候，仍然能產生作用。接著，他們在糖酵解途經的第二個酶——葡萄糖-6-磷酸異構酶上作了標記。這種酶在受到限制后，還仍然具有活性。粘附在相同支撐物上的這些酶會依次產生作用，第一個反應的產物成為第二個反應的基礎。

穆凱和特拉維斯表示，這只是在無機支撐物上復制整個糖酵解途徑的最初幾步，他們指出，他們的研究從原理上為精子中的糖酵解途徑的組織如何在納米設備上產生三磷酸腺甙提供了一個天然的工程學解決方案。12月3日，這份名為《芯片上的代謝偶聯反應：向植入性醫學設備自行產生動力邁進的新一步(Coupled Metabolic Reaction on a Chip: A Step Toward Energy Production on Implantable Medical Devices)》論文，在美國細胞生物學學會(ASCB)第47屆年會上公開。