巴塞爾大學研發可重複使用奈米機器人：以DNA「魔鬼氈」自我組裝，體外實驗殲滅84%癌細胞

想像一個微小到能在你的血管中游動的機器人，它能依指令自行組裝、當場製造藥物，然後再被回收、補充燃料並重複使用。這已不再是科幻小說的情節。瑞士巴塞爾大學（University of Basel）的一個團隊確實打造出這樣的裝置——一款模組化、可重複使用的奈米機器人，它利用DNA「分子魔鬼氈」（molecular Velcro）彼此扣合，並已在實驗室中展現出殺死癌細胞的能力 。

由Cornelia Palivan教授領導的研究團隊設計出的這款奈米機器人，外形宛如縮小版的登月火箭。它由兩個獨立模組組成：一個磁力推進單元與一個酬載膠囊。當兩個模組上的互補DNA鏈相互結合時，它們便會自主組裝成一個完整的奈米機器人 。這種DNA「魔鬼氈」具有可程式化的特性，使模組能夠按需求進行配對、分離與重新配對 。

奈米機器人的運作原理

整個系統的架構刻意設計得簡單而高度可調，核心運作如下：

• 模組化設計： 兩個截然不同且可重新配置的模組——磁力推進單元與酬載膠囊 。
• DNA「分子魔鬼氈」： 每個模組上都帶有互補的DNA鏈。當兩者相遇時，這些鏈會相互結合，將模組「啪」地扣合在一起，形成功能完整的奈米機器人。同樣的鍵結也可被解除，以便回收模組 。
• 磁力推進： 推進模組具有磁性，可透過外部磁場進行導航。磁場能引導機器人到達目標位置（例如腫瘤），並在任務結束後將其回收以供重複使用 。
• 酬載膠囊： 膠囊內部容納了四個裝載酵素的奈米級高分子囊泡。目標物質經由微小孔隙進入囊泡，酵素將其轉化為具有活性的產物，然後產物在局部區域釋放。此外，這些囊泡也可以選擇性地被打開，釋放出生物活性化合物 。
• 對接能力： 酬載膠囊上的額外生物分子，使奈米機器人能夠附著在特定的細胞表面或材料上 。

HeLa細胞測試結果

團隊以HeLa癌細胞（一種廣泛用於癌症研究的人類細胞株）對這款奈米機器人進行了測試：

• 經螢光標記確認，奈米機器人成功附著在HeLa細胞的表面 。
• 當奈米機器人裝載能生產抗癌藥物的酵素時，在72小時內，HeLa細胞的存活率被降至16%——這意味著84%的癌細胞被殺死 。
• 其有效性來自於直接在細胞表面進行集中的局部藥物生產，有別於傳統的全身性給藥 。

更廣泛的應用與未來展望

由於採用模組化設計，這個平台並不局限於癌症治療。只需更換酬載膠囊，同一個奈米機器人就能被重新賦予完全不同的任務：

• 標靶醫療： 將治療藥物直接遞送至腫瘤或病變組織，磁力模組還能使其被回收並重複使用 。
• 工業催化： 為膠囊換裝不同的酵素，在製造過程中進行隨需應變的催化反應 。
• 環境修復： 潛在應用包括水質淨化與污染物分解 。
• 可重複使用性： 模組可以分離，補充酬載膠囊，然後重新組合——整個過程中磁力推進單元能被完整回收並重複利用 。
• 人體應用： 應用於人體仍是長遠目標，但此平台的設計只要修改酬載膠囊，就能輕鬆適應不同領域的需求 。

這項研究已發表於《先進功能材料》（Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202600079）。此研究是在瑞士國家分子系統工程能力研究中心（NCCR Molecular Systems Engineering）與瑞士奈米科學研究所（Swiss Nanoscience Institute）的框架下進行，並與海德堡大學（Heidelberg University）合作完成 。