麻省理工學院媒體實驗室（MIT Media Lab）的研究人員設計了一種微型天線，可以在活細胞內無線操作，為醫療診斷和治療以及其他科學過程提供了可能性，因為這種天線有可能實時監測甚至指導細胞活動。

麻省理工學院媒體實驗室助理教授兼AT&T職業發展主席、納米控制論生物技術實驗室負責人Deblina Sarkar說：“這項研究最激動人心的地方是我們能夠在細胞規模上創造機器人。我們能夠在細胞水平上融合信息技術的多功能性，而細胞是生物學的組成部分。”

一篇描述該研究的論文於上週發表在《自然-通訊》雜誌上。

這項技術被研究人員命名為“細胞漫遊者”（Cell Rover），代表了首次展示了一種可以在細胞內運行並與3D生物系統兼容的天線。Sarkar說，典型的生物電子接口的尺寸是幾毫米甚至幾厘米，不僅侵入性強，而且不能提供與單細胞進行無線互動所需的分辨率–特別是考慮到即使是一個細胞的變化也會影響整個生物體。

Sarkar團隊開發的天線比細胞小得多。事實上，在該團隊對卵母細胞的研究中，天線只佔細胞體積的不到0.05%，使其遠遠低於會侵入和損害細胞的尺寸。

找到一種方法來建立一個在細胞內工作的這種尺寸的天線是一個關鍵挑戰。這是因為傳統的天線在尺寸上需要與它們發射和接收的電磁波的波長相當。這種波長非常大–它們代表著光速除以波的頻率。同時，增加頻率以減少該比率和天線的尺寸會產生反作用，因為高頻會產生對活體組織有損害的熱量。

麻省理工學院媒體實驗室研究人員開發的天線將電磁波轉換為聲波，其波長比電磁波的波長小五個數量級–代表聲音的速度除以波的頻率。

這種從電磁波到聲波的轉換是通過使用被稱為磁致伸縮的材料製造微型天線來完成的。當一個磁場被施加到天線上，給它供電並激活它時，磁致伸縮材料內的磁疇與磁場對齊，在材料中產生應變，就像織在一塊布上的金屬碎片對強磁鐵的反應一樣，導致布的變形。

Sarkar實驗室的學生、這項工作的主要作者Baju Joy說，當一個交變的磁場施加到天線上時，材料中產生的不同應變和應力（壓力）就是在天線中產生聲波的原因。“我們還開發了一種新穎的策略，使用非均勻磁場將漫遊者引入細胞中，”Joy補充說。

Sarkar說，以這種方式配置的天線可以用來探索自然過程中的生物學基本原理。“細胞漫遊者”可以監測細胞的發育或分裂，檢測不同的化學物質和生物分子，如酶；或物理變化，如細胞壓力，而不是像通常所做的那樣破壞細胞來檢查它們的細胞質–所有這些都是實時的和在體內的。

研究人員表示，已經用於醫學和其他研究的聚合物等材料，在應對化學或生物分子變化時發生質量或壓力的變化，可以與“細胞漫遊者”的操作整合。這種整合可以提供目前涉及破壞細胞的觀察技術所不能提供的見解。

有了這樣的能力，“細胞漫遊者”在癌症和神經退行性疾病研究中可能很有價值，例如。正如Sarkar所解釋的那樣，該技術可用於檢測和監測與疾病相關的生化和電學變化，以及單個細胞的進展情況。應用於藥物發現領域，該技術可以照亮活細胞對不同藥物的反應。

由於晶體管和開關等納米電子裝置的複雜性和規模–“這代表了信息技術領域五十年來的巨大進步，”Sarkar說–“細胞漫遊者”憑藉其迷你天線，可以執行從細胞內計算和信息處理到自主探索和調製細胞的所有功能。研究表明，多個細胞漫遊者可以參與，甚至在一個細胞內，在它們之間和細胞外進行交流。

麻省理工學院工程學院院長、範內瓦·布什電子工程和計算機科學教授Anantha P. Chandrakasan說：“細胞漫遊者是一個創新的概念，因為它可以將傳感、通信和信息技術嵌入到一個活細胞內。這為極其精確的診斷、治療和藥物發現提供了前所未有的機會，同時也為生物學和電子設備之間的交叉創造了一個新的方向。”

研究人員將他們的細胞內天線技術命名為“細胞漫遊者”，以便像火星漫遊者一樣，喚起其探索新領域的使命。

Sarkar說：“你可以認為細胞漫遊者是在進行探險，探索細胞的內部世界。”