納米機器人：未來醫療的新手段

生命過程是已知的物理、化學過程中最複雜的事情。近年來，科學家們不斷嘗試從微觀的角度觀察生命現象，並取得了一系列成果。科學家根據分子病理學的原理已經研製出各種各樣的可以進入人體微觀世界行走的納米機器人，有望用於清除有害物質、修復損壞基因、激活細胞能量、維護人體健康和延長人類壽命。

例如，納米尺度調整殺死變異的癌變細胞，通過外部激光器指引，精確計算找到出輻射超標的癌變細胞，利用先進的生物細胞溶解技術將可能病變的細胞溶解成化學分子元素，並通過特定感測器系統精確的核查後，將細胞組分成功進入健康細胞中，完成壞死細胞與成功健康細胞的轉換。

什麼是納米機器人？

「納米機器人」是機器人工程學的一種新興科技，納米機器人的研製屬於「分子納米技術(Molecular nanotechnology，簡稱MNT)」的範疇，它根據分子水平的生物學原理為設計原型，設計製造可對納米空間進行操作的「功能分子器件」。

納米機器人的提出：

1959年率先提出納米技術的設想是諾貝爾獎得主理論物理學家理查德-費曼。他率先提出利用微型機器人治病的想法。用他的話說，就是「吞下外科醫生」。1990年 我國著名學者周海中教授在《論機器人》一文中預言：到二十一世紀中葉，納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。

第一代納米機器人是生物系統和機械系統的有機結合體，這種納米機器人可注入人體血管內，進行健康檢查和疾病治療。還可以用來進行人體器官的修復工作、作整容手術、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機體正常運行。第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。

納米機器人在醫療領域的應用：

目前許多研究表明，作為醫學領域的新寵，這些「體內醫生」自有一些神技能加身，如通過複雜的生物媒介或者狹窄的毛細血管進行局部定位診斷、成像、採取活檢樣本、靶向釋放藥物等操作。

1.藥物靶向運輸

現階段細胞內藥物運輸是納米機器人領域的熱門研究方向。這是因為傳統的藥物運輸載體主要依賴於系統循環，缺少定點運輸、組織滲透等驅動導航能力；然而納米機器人卻能克服這些挑戰，成為實現藥物運輸的理想化載體，可以實現藥物的快速、精準釋放，並提高療效、減輕藥物副作用。比如多層管狀聚合納米機器人通過多孔膜逐層裝載抗癌藥物阿黴素，並將其運送至癌細胞附近等。

2.手術的精準操作

微型機器人能靈活靶向機體的任何組織部位並能實現細胞水平的相應操作，有望突破傳統外科手術的局限並實現精準手術。

另外，最近藉由磁場及超聲波可以穿透較厚的生物組織，也研發了相關類型的納米機器人。目前已有研究者證實了磁驅動微型機器人植入在兔子的眼後部進行手術，而超聲驅動納米機器可在單細胞水平甚至於亞細胞水平進行精密手術。顯然，儘管它們在機體內的推進方式不同，但是在強大的控制系統的作用下能對靶標進行精確的定位，具有極大的精準手術的潛力。

3.疾病的精準診斷

得益於自主運動性能、簡單的表面功能化以及高效捕獲、分離目標物的優勢，攜有多種生物受體的微型/納米機器人可作為生物感測器，實時分離檢測微量體液中的靶標分子（如蛋白質、核酸、癌細胞等），提高了生物測定的敏感性和高效性，可實現疾病的精準診斷以及為研發新的醫療診斷微晶元奠定了基礎。

目前，已有相關納米機器人被用於檢測阿茲海默症的生物靶標。

4.強大解毒功能

類似於生物感測器，當納米機器人表面包裹著特定物質時，也可快速捕獲、清除機體內的有毒物質。比如包覆紅細胞膜的納米粒子可中和自然界中的一種常見蛋白毒素——穿孔毒素（PFT，在細胞打孔來破壞細胞）。

醫療納米機器人的應用案例：

1.揭開皮膚病（牛皮癬）的病因

人體上皮細胞與細胞之間有一種蛋白質，那個蛋白質叫 Desmosome。若它被破壞，皮膚表面就會形成很多水泡，很癢，會爛，還會產生其他免疫疾病。但醫學界不知道是什麼機制把 Desmosome 破壞了，導致皮膚病。有的猜想是抗體，也有的猜是人體信號傳導。由於環境太小，很難做驗證。

但用納米機器人，這個疑團很容易就解開了：用納米機器人切開 Desmosome 以後，並沒有導致水泡產生，證明這不是機械作用產生的疾病，而是信號傳導的過程出了問題。

2.研究幹細胞的分解

幹細胞的重要性無須贅言。預測它什麼時候分解、在什麼條件下分解，對分解的狀態進行測量，是非常難的事。但納米機器人可以測量其機械狀態。

有一個很成功的應用，是治療淋巴癌的一種靶點治療藥物名為葯美羅華。這種治療本身很好，沒有副作用，但存在一個嚴重的問題：有的病人使用有效，有的無效，醫生不知道是什麼原因。無效的情況會耽誤病人的寶貴治療時間。

後來用納米機器把靶點癌細胞抓出來進行研究，測量癌細胞結合力。發現只有當結合力達到一定時候，才會有作用。從此以後，醫生能夠在治療前通過分析癌細胞對療效做預測，其臨床意義非常重大。

3.研究細胞黏合力

對於假肢，現在有一種成功的方法：把一個鋼管插到骨頭裡，這樣等於長在身體里一樣，假肢效果跟真人一樣，但是跑得比真人快。

但是，這裡面有一個很大的問題：鐵管（鋼管）插到腿裡面，皮要長在鋼管外面會產生縫隙，那個縫隙會有細菌進去，引發局部感染，時間長了以後會引起骨頭感染，最後還要把這個東西取掉。即便這樣，有人做三四次手術還要做，因為這種假肢效果非常好，安上看不出來，對生活和各種活動影響很小。

於是研究人員就研究細胞和假肢之間的黏合力，希望找出一系列讓它們黏合得很好的方法，防止感染，其臨床意義非常重大。

這個課題很難，現在的突破口使用納米機器人測量粒子通道電流的信號，來實現對細胞黏合力的測量。

納米機器人在醫療領域應用前景廣闊，無數科學家前赴後繼的投入這個科技新領域中，期冀能與生命醫學相碰撞出不一樣的火花。隨著研究的成熟，期待越來越多的納米機器人可以真正應用於臨床，為患者減輕病痛。

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