供稿人：冯俊男 高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-11-30
由心肌、骨骼肌等生命材料驱动的类生命机器人具有感知、响应和适应动态变化的环境载荷的潜力，可用于药物筛选和毒性评估等相关领域。然而基于肌肉细胞的类生命机器人的驱动力较弱，很难通过辨别类生命机器人运动的变化来评估药物和毒性效果。为了克服这一局限性，韩国科学技术院的研究者将透明质酸修饰的金纳米颗粒（HA-AuNPs）引入到三维骨骼肌束中，将该肌束与3D打印的PDMS机械支架结合，得到的高驱动性能类生命机器人在不同的药物刺激下表现出巨大的运动变化。
HA-AuNPs可以维持肌细胞的活性，促进肌细胞的分化和成熟，因此将HA-AuNPs包埋入三维水凝胶肌束中，得到肌束的收缩位移是未引入HA-AuNPs肌束的6.24倍。使用光固化3D打印制作了类生命机器人支架的模具，接下来将PDMS注入该模具中并在70℃烘箱中孵化，由此得到了类生命机器人的机械支架。该支架对机器人的运动具有重要作用，它将肌肉束的水平收缩转变为了支架尾部的上下摆动，由此可以响应外界刺激快速向前移动。电刺激下该机器人速度达到了2.8 mm/min，比未引入HA-AuNPs的机器人快了6倍，显示出了强大的运动性能。为测试该机器人在药物筛选领域的作用，分别使用不同浓度的异丙肾上腺素和异博定溶液刺激肌束，肌束的收缩位移显著变化；且该机器人在100 nM异丙肾上腺素下速度提高了1.48倍，在10 μM异博定下速度减小了3.93倍，展现出了药物和毒性效果评估方面的潜力。
本文提出的方法为类生命机器人的发展铺平了道路。在未来，可以通过引入神经组织，例如运动神经元等，来进行神经肌肉疾病的药物筛选。
图1 基于HA-AuNPs的类生命机器人的整体方案
图2 不同药物刺激该机器人的运动性能