[01248171]微纳操纵/操作技术及其在富勒烯衍生物抗细胞凋亡研究中的应用

课题来源与背景 为支持留英归国的王作斌博士启动科研工作，长春理工大学自筹经费400万元，于2009年10月创建了纳米测量与制造技术中心（CNM），中心于2013年被科技部认定为“国家纳米操纵与制造国际联合研究中心”。中心运行期间，通过国家外专局“外专高端”引智项目，与德国奥尔登堡（Oldenburg）大学Sergej Fatikow教授领导的微机器人学与控制工程中心（AMiR）建立了长期友好的合作伙伴关系。

Sergej Fatikow教授在机器人微纳操纵/操作/混合装配方面做了大量工作和贡献，在该领域的研究水平处欧洲领先地位。AMiR成立于2001年，现有研究人员20余名，承担或主持多项德国和欧盟项目，拥有欧洲最为先进的机器人微纳操纵/操作/装配系统，是本领域国际上几个最为优秀的研究中心之一。

与Sergej Fatikow教授合作，本项目于2010年被批准为长春市科技发展计划国际合作专项项目。机器人微纳操纵/操作技术是一种对微/纳米尺度对象定位、操纵和控制，制造期望的纳米器件和系统的新技术，可以制作复杂的器件和系统，如纳米机器人和纳机电系统等。

当前，主要用于探索介观现象，构建原型纳米器件应用领域包括生物技术（如研究细胞、DNA、核糖体和蛋白质等）、计算机技术和纳米材料表征等。最终目标是通过控制原子、分子、DNA和其它纳米对象制造原子和分子尺度的器件与机器。

本项目利用机器人微纳操纵/操作技术在尺度和可控等方面的优势，开展富勒烯衍生物抗细胞凋亡机制研究是与人类健康密不可分的探索性工作。可为该技术在人类健康领域的应用乃至提高人类寿命的研究方面提供可参考的理论依据和实验基础，并对重大疾病的治疗与预防具有一定的指导意义。

2. 技术原理及性能指标

本项目利用光学和原子力显微镜（AFM）研究开发机器人微纳操纵/操作技术在富勒烯衍生物抗细胞凋亡中的应用。搭建的机器人微纳操纵/操作技术系统，包括五部分：

1)提供人机通讯、装配任务规划及过程控制的人机接口界面;

2)完成操纵/操作任务的精密闭环控制器;

3)完成纳米操作的末端受动器（扫描探针）;

4)提供力和成像位置的传感器;

5)提供扫描探针相对于被操作物体准确位置的参考标尺图案，其图案可以是自然的（如云母/石墨原子图案）或人造的（如激光干涉纳米光刻制造的二维点阵图案）。

项目研究机器人微纳操纵/操作以及自动化微纳操纵/操作技术，并开发该技术在生物技术领域的应用解决了该技术在富勒烯及其衍生物靶向植入细胞及其抗细胞凋亡机制的一系列关键科学问题，取得了超过合同规定的指标：

1)建立了数学物理模型和软件平台，描述和模拟仿真了精确定位控制方法;

2)运用MATLAB模拟了微纳操纵/操作装配技术计划任务，并改进了进程算法;

3)开发了新型的AFM微纳操纵/操作系统，实现了机器人微纳操纵/操作中的精确定位;

4)建立了纳米尺度对象间作用模型，并分析了作用机制;

5)研究了富勒烯及其衍生物靶向植入细胞后抗细胞凋亡的机制;

6)对比分析了靶向植入富勒烯及其衍生物与传统方法对细胞的影响结果;

7)研究了富勒醇对结肠癌细胞凋亡作用的影响，为癌症的治疗提供了一定的理论依据和实验基础。

8)依托本项目发表论文9篇，申请专利5项（其中已经授权2项）;

9)在纳米操纵/操作及制造技术领域，培养了约30名工作在国际前沿的青年教师、博士和硕士研究生。

3. 技术的创造性与先进性

本项目开展了富勒烯衍生物抗细胞凋亡机制的研究，为机器人微纳操纵/操作技术在人类健康领域的应用乃至提高人类寿命的研究方面提供了可参考的理论依据和实验基础，对重大疾病的治疗与预防具有一定的指导意义。依据国内外查新结果，本项目研究工作处于国际先进水平。

4. 技术的成熟程度，适用范围和安全性

处于面向应用的初期阶段。

5. 应用情况及存在的问题

项目成果为细胞寿命研究提供了临床实验需要的理论基础，目前可用于相关教学和科学研究，对“纳米制造理论与应用”学科建设构成有力支撑。

6. 历年获奖情况

合作伙伴Sergej Fatikow获2014年吉林省国际科学技术合作奖（推荐号20143005050001）。