利用精子为纳米机器人提供能量

        据《科学日报》杂志4日报道，根据一项最新研究显示，纳米仪器将采用一种为精子长距离游动提供能量的生物途径，用来释放药物，或者在人体内执行机械功能。

        科内尔贝克动物健康研究所的研究人员进行的这种研究，可能是首次证明了如何能将多级生物学途经在人造设备中组装起来，并发挥功能。特拉维斯在詹姆士·贝克动物健康研究所实施了这项研究，该研究所是科内尔大学兽医学院的一部分。他说：“目前面临的主要限制之一是制造一台可植入的纳米设备为它们提供能量。如果你能设计一种自行产生能量的设备，它就有可能工作更长时间，并且能调节自己的任务率。”这项技术的另一个可能的应用途径是：制作纳米喷管，将化疗药物或抗生素释放到身体的特定部位。

        哺乳动物的精子必须将能量传输给细长的鞭状尾巴，为它们的游动提供动力。精子很大一部分是通过现场产生能量的方式来解决这一难题的，它修改了糖酵解生化酶，从而让这些酶能够附着在精子尾部的大部分固体结构上。在这个安全位置上，糖分解酶把糖转变成三磷酸腺甙，始终为摆动的精子尾部提供能量。科内尔大学兽医学院的吉娜苏·穆凯、亚历克斯·特拉维斯和其他人员研究了糖酵解途经的几个早期步骤，以便查看他们是否能将它从覆盖精子尾部的薄薄的“纤维鞘”上移动到一个固体无机替代品——镍-NTA(氮川三乙酸)芯片上。

        首先，这些研究人员针对精子的特殊部位，用一个可以粘贴在特殊的金表面的标签取代了己糖激酶(糖酵解的第一个酶)。这种酶即使在受到限制的时候，仍然能产生作用。接着，他们在糖酵解途经的第二个酶——葡萄糖-6-磷酸异构酶上作了标记。这种酶在受到限制后，还仍然具有活性。粘附在相同支撑物上的这些酶会依次产生作用，第一个反应的产物成为第二个反应的基础。

        穆凯和特拉维斯表示，这只是在无机支撑物上复制整个糖酵解途径的最初几步，他们指出，他们的研究从原理上为精子中的糖酵解途径的组织如何在纳米设备上产生三磷酸腺甙提供了一个天然的工程学解决方案。12月3日，这份名为《芯片上的代谢偶联反应：向植入性医学设备自行产生动力迈进的新一步(Coupled  Metabolic  Reaction  on  a  Chip:  A  Step  Toward  Energy  Production  on  Implantable  Medical  Devices)》论文，在美国细胞生物学学会(ASCB)第47届年会上公开。